Институт Агрофизики в Санкт-Петербурге – корни агрофизики

УДК 633.2.03
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И УПРАВЛЕНИЯ ЛУГОВЫМИ
АГРОЭКОСИСТЕМАМИ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ
КЛИМАТА
А. А. Кутузова, профессор, доктор сельскохозяйственных наук,
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт кормов
им. В. Р. Вильямса, г. Москва,
В. Н. Ковшова, кандидат сельскохозяйственных наук,
ГУП Кировская лугоболотная опытная станция Россельхозакадемии, г. Киров
В настоящее время проблемы, связанные с изменением климата, его неустойчивостью и непредсказуемостью, ещё более обостряются в связи с прогрессирующим потеплением климата. Глобальное потепление климата может
усилить процессы деградации окружающей среды, обострить их социальные и
экономические последствия.
В этих условиях сельское хозяйство России может обеспечить высокую
продуктивность и устойчивость агроландшафтов и земельных угодий лишь при
условии опережающей адаптации к ожидаемым изменениям климата и природной среды [1].
Повышение устойчивости агроэкосистем, уменьшение их зависимости от
погодных условий очень важны, так как резкое снижение продуктивности с.-х.
культур даже в один экстремальный год, может привести к самым неблагоприятным последствиям [2].
В связи с этим в задачи научного обеспечения развития АПК в условиях
климатических и погодных изменений на территории России входит создание
новых устойчивых сортов сельскохозяйственных культур, оптимизация видовой и сортовой структуры посевных площадей, обусловленной климатическими, погодными и земельными условиями регионов, разработка регионально
дифференцированных систем кормопроизводства, ведения сельского хозяйства
и управления агроландшафтами. [3]
Однако главным в управлении и конструировании агроэкосистем и агроландшафтов является не один какой-либо фактор, а их взаимодействие, нацеленное на обеспечение продуктивности и устойчивости агроландшафтов, при
высоком качестве получаемой продукции, устранении негативных процессов,
минимизации материальных, трудовых и финансовых затрат [4, 5, 6].
Управление луговыми агроэкосистемами включает создание и использование высокопродуктивных сенокосов и пастбищ [7, 8]. И в связи с этим актуальное значение имеет экспериментальная оценка изменений продуктивности
сенокосов и пастбищ при различных сочетаниях погодных факторов в разных
регионах страны. Базовой основой для этого могут быть долголетние стационарные опыты, проводящиеся в контролируемых условиях на различных типах
травостоев и природных кормовых угодьях.
По данным метеостанций с учетом количества осадков и температуры
воздуха для условий гумидной зоны (лесная и северная лесостепь), годы иссле318
дований следует сгруппировать в 4 типа погоды вегетационных периодов: теплый и сухой, теплый и влажный, прохладный и сухой, прохладный и влажный.
С учетом преобладания мезофитных видов растений за начало и конец вегетационного периода в этих зонах принимается переход среднесуточной температуры воздуха через +5°С. Результаты продуктивности сенокосов и пастбищ
также группируются в соответствии с изменениями погодных условий. В итоге
рассчитывается средняя продуктивность травостоев по типам погоды и отклонения урожайности от средних показателей. Для наглядности освоения методики модели взаимосвязи урожайности сеяных сенокосов и разных типов погодных условий вегетационного периода приведены в таблице.
Таблица. Урожайность долголетнего сенокоса на выработанном низинном
торфянике в зависимости от погодных условий в Волго-Вятском
экономическом районе Нечерноземной зоны РФ (1972–2010 гг.)
Характеристика
вегетационного периода
тип
погоды
показатели
по типам
погоды
Количе
ство
лет,
%
Средние многолетние показатели
вегетационного периода
Средние
многолетние
суммы
температур
выше 5°С
и осадков, мм
∑Т=2173°С
∑осадков=335м
м
1. Тип
теплый и
сухой
∑Т>2173°С
∑осадков<335м
м
36
∑Т=2354°С
∑осадков=271м
м
2. Тип
Теплый и
влажный
∑T>2173°С
∑осадков>335м
м
21
∑Т=2271°С
∑осадков=416м
м
3. Тип
прохладны
й и сухой
∑Т<2173°С
∑осадков<335м
м
15
∑Т=2051°С
∑осадков=232м
м
4. Тип
прохладны
йи
влажный
∑Т<2173°С
∑осадков>335м
м
28
∑Т=1945°С
∑осадков=413м
м
Удобрение
(за сезон)
без удобрений
P60K120
N60P60K120
N120P30K120
N120P60K60
без удобрений
P60K120
N60P60K120
N120P30K120
N120P60K60
без удобрений
P60K120
N60P60K120
N120P30K120
N120P60K60
без удобрений
P60K120
N60P60K120
N120P30K120
N120P60K60
без удобрений
P60K120
N60P60K120
N120P30K120
N120P60K60
Урожайность
сенокоса
в среднем за год
ц/га
в%к
в%
СВ
перво к ср.
му
мног
типу
олет
погод нему
ы
18,0
–
100
39,8
–
100
59,1
–
100
66,8
–
100
75,3
–
100
19,8
100
110
43,2
100
109
62,4
100
105
64,3
100
96
72,4
100
96
23,0
116
128
46,3
107
116
62,2
100
105
69,6
108
104
77,8
107
103
8,6
43
48
27,5
64
69
49,7
80
84
66,1
103
99
69,5
96
92
17,6
89
98
35,9
83
90
58,0
93
98
68,3
106
102
80,5
111
107
Анализ погодных условий за 40-летний период (1971–2010 гг.) показал,
что в Волго-Вятском экономическом районе на территории осушенных болот,
которая занимает более 500 тыс. га, период вегетации растений в основном бывает теплый (57% лет), когда суммы температур воздуха превышают среднюю
319
многолетнюю (2173°С); из них 36% лет с недостатком и 21% лет с избытком
атмосферного увлажнения. Прохладный тип погоды в период вегетации растений, когда суммы температур воздуха меньше среднего многолетнего значения,
встречается в 43% лет, что также достаточно часто. Из них с недостатком атмосферного увлажнения бывает 15% лет, дождливых – 28% лет.
Группировка урожайности долголетнего сенокоса (40 лет пользования) с
учетом четырех типов погоды за вегетационный период показывает, что в случае потепления климата в Волго-Вятском экономическом районе и уменьшения
атмосферных осадков можно прогнозировать сохранение устойчивой продуктивности сенокосов на уровне многолетних данных. Это обусловлено тем, что
благодаря регулируемому уровню грунтовых вод (1,2–1,6 м от поверхности)
потепление климата на территории осушенных выработанных торфяных массивов способствует улучшению условий минерализации торфа и питания трав.
Хорошая обеспеченность вегетационного периода теплом и влагой приводит к росту урожайности на не удобряемом сенокосе и на фоне РК соответственно на 28 и 16% за счет усиления минерализации торфа. При применении
полного минерального удобрения с дозами азота 60–120 кг действующего вещества на 1 га урожайность сенокоса остается стабильно высокой 6,2–7,8 т/га.
Похолодание климата в сочетании с нарастанием недостаточного увлажнения особенно негативно проявляется на урожайности не удобряемого сенокоса, формируемого за счет естественного плодородия осушенных и выработанных торфяников (снижение на 52–54%). Более чем на 30% снижается урожайность сенокоса на фоне фосфорно-калийного удобрения (P60K120). Это обусловлено снижением доступности элементов питания за счет естественного плодородия осушаемого торфяника, вследствие замедления процессов минерализации органического вещества торфа.
Эффективность минеральных подкормок даже в агрономически
минимальных дозах (N60P30–60K120) в условиях недостаточности тепло- и
влагообеспеченности проявится в повышении урожайности луговых
агроэкосистем в 5,8–7,7 раза по отношению к не удобряемым сенокосам.
Стабилизация урожайности сенокоса на уровне многолетних данных возможна
при улучшении минерального питания трав благодаря подкормкам полной
смесью минеральных удобрений в дозах N120Р30К120.
Если фактор обеспеченности трав влагой за счет атмосферных осадков
возрастет, то снижение теплообеспеченности не скажется негативно на
урожайности злакового травостоя, напротив, можно прогнозировать получение
дополнительной прибавки (+2…+7% к средним многолетним показателям) на
фоне обеспечения подкормки трав разработанными приемами полного
минерального удобрения в дозах N60–120Р30–60К60–120.
Таким образом, полученные и экспериментально обоснованные модели
взаимосвязи климата и урожайности луговых агроэкосистем, созданных на
осушенных низинных выработанных торфяниках в условиях Волго-Вятского
экономического района, позволяют прогнозировать производство корма с этих
320
площадей и научно обоснованно подготовиться к возможным изменениям в
кормопроизводстве и животноводстве.
Список литературы
1. Косолапов В. М. Новый этап развития кормопроизводства России // Кормопроизводство.
2007. № 5. – С. 3–7.
2. Жученко А. А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция). –
Пушкино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1994. – 148 с.
3. Трофимов И. А., Трофимова Л. С., Яковлева Е. П., Лебедева Т. М. Управление агроландшафтами // Кормопроизводство. 2008. № 9. – С. 4–5.
4. Уланов А. Н. Особенности кормопроизводства на мелиорируемых землях / Материалы
научно-практической конференции: «Состояние отрасли кормопроизводства и пути повышения её эффективности». – Киров, 2002. – С. 36–40.
5. Косолапов В. М., Уланов А. Н. Научные основы и практика комплексного использования
нарушенных болотных экосистем / Материалы научно-практической конференции к 90летию мелиоративной науки в Беларуси и 70-летию БелНИИМиЛ. – Минск, 2001. – С. 49–55.
6. Косолапов В. М., Зотов А. А., Уланов А. Н. Кормопроизводство на торфяных почвах России. – М., 2009. – 858 с.
7. Кутузова А. А., Тебердиев Д. М., Ковшова В. Н., Родионова А. В. // Кормопроизводство.
2011. № 7. – С. 3–6.
321
УДК: 631.21(470.3)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЯМОГО
ПОСЕВА В УСЛОВИЯХ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ
А. А. Конищев, ГНУ Ивановский НИИСХ Россельхозакадемии
Е. Н. Конищева, ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. ак. Д. К. Беляева
Одним из системных недостатков проведения посевной кампании яровых
зерновых культур в регионе является ежегодное опоздание с началом посева.
Объясняется этот факт просто – лучшее качество крошения любая почва имеет
после достижения ею физической спелости. При этом верхней границей влажности «спелой» почвы, при которой следует начинать обработку, с точки зрения агрофизики, считается 60-70% от влагоёмкости почвы, что соответствует
влажности разрыва капилляров. Но с другой стороны на почве при влажности
разрыва капилляров, из-за недостаточной подвижности влаги, затрудняется
прорастание и начальное развитие растений.
Получается – когда уже нужно давно проводить посев, производственники только начинают обработку почвы. В то же время, почти все научные учреждения региона отмечают снижение урожайности яровых зерновых при их посеве с опозданием. Например, запаздывание с посевом ячменя на две недели в
опытах НИИСХ ЦРНЗ [1] приводило к потере половины урожая за счёт снижения числа продуктивных стеблей на одно растение. По данным А.С. Образцова
[2] снижение урожайности ячменя составляет 30% за 20 дней, овса 20% за 20
дней. И. Н. Романова [3] считает, что сроки сева значительно влияют на полевую всхожесть зерновых. Так, при отклонении их на 14 дней от оптимальных,
полевая всхожесть яровой пшеницы снизилась на 14%, ячменя – на 9,4%, овса –
на 16%. Причём, более интенсивные сорта зерновых снижают полевую всхожесть сильнее (8,5%–13,4%), чем менее интенсивные (4,8%–10,2%). А среднее
снижение урожайности составляет от 0,1 до 1 ц/га в сутки в зависимости от
условий года [4, 5 и др.].
Начинать посев в момент поспевания почвы можно при исключении из
технологических операций весенней обработки почвы. То есть при проведении
посева комбинированным агрегатом, совмещающим предпосевную обработку и
посев или при проведении «прямого посева».
Учитывая, что существует гипотеза [6], согласно которой через несколько
лет применения «прямого посева» происходит естественное разуплотнение
нижних слоёв почвы, приводящее к стабилизации урожайности по данной технологии. В данной работе исследована достоверность данной гипотезы и эффективность применения «прямого посева» в регионе в целом.
Разуплотниться почва может только до уровня своей равновесной плотности, составляющей (на глубине 10–20см) на дерново-подзолистой почве различного гранулометрического состава 1,35–1,45 г/см3 [7–9 и др.]. Поэтому были
проведены модельные опыты с использованием сосудов без дна, в которых искусственно создавалось равновесное сложение почвы по слоям. Сравнение
производилось с сосудами с оптимальной (1,2 г/см3) плотностью почвы. Обра322
ботка результатов опытов показала несостоятельность исходной гипотезы.
Урожайность ячменя при использовании технологии «прямого посева» получена меньше чем при использовании традиционной технологии на базе вспашки
на 31–47% в зависимости от уровня минерального питания (табл. 1);
1. Средняя урожайность ячменя при различной технологии возделывания
Доза
удобрений
Без удобр.
(NPK)30
(NPK)60
(NPK)90
(NPK)120
(NPK)150
(NPK)180
(NPK)210
НСР05
Урожайность по технологии, ц/га
Традиционной
Прямого посева
34.0
21,2
46,7
32,5
50,6
38,8
53,9
38,9
59,3
39,6
61,3
49,1
69,0
50,7
76,8
50,0
По технологии – 4,9ц/га
По дозе удобрений – 2,3ц/га
Кроме того, в условиях Нечернозёмной зоны для предотвращения снижения окислительно-восстановительных процессов в почве; снижения поражаемости растений корневыми гнилями и предотвращения дифференциации пахотного слоя по плодородию необходима периодическая вспашка. Причём, необходимая периодичность у разных авторов колеблется от одного раза в четыре
года до чередования через год [10–12]. То есть исходная гипотеза и в части
возможности использования естественного разуплотнения почвы так же вызывает сомнения.
Далее исследовалась возможность снижения потерь урожая при посеве с
опозданием, т.к. начать посев можно во время, но для его завершения всегда
необходимо некоторое время. Получено, что по мере удаления даты посева от
момента наступления физической спелости почвы, урожайность ячменя снижается при использовании технологии «прямого посева» более интенсивно по
сравнению с традиционной технологией (табл. 2).
2. Влияние технологии возделывания и сроков сева на урожайность ячменя
Дата посева
11.05
16.05
22.05
28.05
4.06
НСР05
Урожайность при использовании технологии, ц/га
На базе вспашки
Прямого посева
31,2
26,8
20,7
16,0
18,1
12,1
15,5
8,4
10,2
5,8
По технологии – 1,2ц/га
По срокам посева – 0,7ц/га
В таблицах 1–2 представлены данные при посеве по сравниваемым технологиям в один день. Далее проверяя начальную гипотезу (о возможности использования «прямого посева» для компенсации опоздания с посевом) два года
опыты закладывались при проведении посева по традиционной технологии с
323
опозданием (от прямого посева) на пять дней. Получено (табл.3), что как в
условиях выпадения среднемноголетнего количества осадков (ГТК-1,62, первый год), так и в условиях их недостатка (ГТК-0,69, второй год) урожайность
ячменя при использовании «прямого посева» остаётся ниже традиционной технологии.
3. Урожайность ячменя при посеве в разные сроки.
Изучаемые факторы
Доза
Технология
удобрений
Без удобр.
Имитация
(NPK)30
вспашки
(NPK)60
Имитация Без удобр.
прямого
(NPK)30
посева
(NPK)60
НСР05 по технологии
по дозе удобр.
Урожайность по годам, ц/га
1 год закладки
2 год закладки
39,2
53,1
52,8
24,7
34,7
41,4
0,95
0,47
28,0
29,3
33,7
6,5
10,6
12,1
1,87
1,52
Для проверки модельных опытов был заложен полевой опыт в СПК
«Торчино» Владимирской области. Прямой посев производился агрегатом
«Обь-4-3Т». Для традиционной технологии использовался стандартный для региона набор орудий. Год исследований характеризовался как избыточно увлажнённый (ГТК – 2,19). Почва опытного участка дерново-подзолистая среднесуглинистая (в модельных опытах дерново-подзолистая легкосуглинистая). Результаты исследований представлены в таблице 4.
4. Результаты сравнения технологий в условиях производства
Дозы удобрений
Без удобр. (NPK)30
(NPK)60
На базе вспашки
18,1
21,2
25,2
Прямого посева
6,5
10,6
12,0
НСР05 по технологии – 1,8ц/га
по дозе удобрений – 1,8ц/га
Технологии
Снижение урожайности при применении «прямого посева» в условиях
производства ещё значительней, чем в модельных опытах. Трудозатраты при
применении «прямого посева», конечно значительно меньше (в четыре раза
меньше чем при использовании технологии на базе вспашки и в 2 раза меньше
чем при использовании вспашки и последующей культивации объединённой с
посевом [13]).
Но производственников вряд-ли вдохновит идея быстро посеять, и мало
получить (зерна). И одновременно получить большие экологические «заботы»
от необходимости массированного применения агрохимикатов, особенно если
поля расположены в водоохраной зоне.
Кроме того, с экономической точки зрения, уровень урожайности точки
безубыточности технологии, когда затраты равны доходам, по традиционной
324
технологии меньше, чем по «прямому посеву» (табл. 5). То есть потенциально
традиционная технология является более доходной, чем нулевая.
5. Граница эффективности различных технологий *
Применяемая
технология
На базе
вспашки
Прямой посев
Суммарные затраты (руб./га) при дозе удобрений, кг.дв./га
Урожайность безубыточности технологии, ц/га
Без удобр.
(NPK)30
(NPK)60
(NPK)90
(NPK)120
4008
4828,5
5887,5
6770,6
7632,9
22,3
26,8
32,7
37,6
42,4
5131,2
5951,7
7010,7
7893,8
8756,1
28,5
33,1
38,9
43,9
48,6
* в ценах 2002 года
Объясняется это большей стоимостью оборудования, требующегося для
внедрения «прямого посева». Большей стоимости средств защиты растений. И
необходимостью содержания (при внедрении нулевой технологии) набора традиционных орудий достаточного для проведения периодической вспашки минимум один раз за ротацию севооборота и для возделывания пропашных культур.
Таким образом, проведённые исследования показывают, что перспективность применения технологии «прямого посева» в условиях Нечернозёмной зоны вызывает большие сомнения, т.к. по величине получаемого урожая, хозяйственной пригодности (при посеве с опозданием) и экономической эффективности данная технология значительно уступает традиционной на базе вспашки.
Литература
1. Дудинцев Е.В., Федорищев В.Н., Долгих А.В. 2003.Пути повышения производства зерна в Центральном
экономическом районе. В кн.: Достижения и основные пути развития аграрной науки Верхневолжья,
Сборник статей, Вып. 9. – Иваново. С. 98–104.
2. Образцов А.С. 1990. Системный метод: применение в земледелии. – М.: Агропромиздат.
3. Романова И.Н. 1999. Управление формированием высокой урожайности яровых зерновых культур для
решения проблемы производства качественного зерна в Западной части Центрального региона России:
Автореферат диссертации на соискание степени доктора сельскохозяйственных наук. – М.
4. Пятрайтис В., Ионикас В. 1984. Главное не упустить сроки, Земледелие, 5:36-37.
5. Максимов М.М. (ред.). 2000. Справочник по организации и планированию сельскохозяйственного производства. Ярославль: Тип. Ярославского ГТУ. 373 с.
6. Шептухов В.Н, Коновалов С.Н., Нестерова А.В. 1993. Изменение структуры дерново-подзолистых суглинистых почв при минимализации обработки. Почвоведение, 5:23-27.
7. Пупонин А.И. 1984. Обработка почвы в интенсивном земледелии Нечерноземной зоны, М.: Колос,
184 с.
8. Матюк Н.С. 1999. Ресурсосберегающие технологии снижения переуплотнения почв в современных системах земледелия Нечернозёмной зоны России. Автореферат диссертации на соискание учёной степени
доктора сельскохозяйственных наук. Москва. 29 с.
9. Салихов Р.А. 1987. Влияние уплотняющего воздействия ходовых систем тракторов на плодородие осушенной дерново-подзолистой глееватой легкосуглинистой почвы и урожайность сельскохозяйственных
культур. – Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук,
М.
10. Воронин А.Н. 2007. Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и гербицидов на
агрофизические свойства дерново-подзолистой глееватой почвы. Автореферат диссертации на соискание
учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук. М. 22 с.
11. Пупонин А.И., Хохлов Н.Ф. 1985. Продуктивность зернового севооборота и плодородие дерновоподзолистой почвы в зависимости от глубины и периодичности основной обработки. Известия ТСХА, выпуск 2. С. 3–10.
12. Kouwenhoven J.K., Vulink T.J.G. 1987. De zin van woelen. Landbauwmechanisatie, t. 34(5), s. 519–523.
13. Рязанцев В. 1985. Эффективность различных технологий. Земледелие, 6:17.
325
УДК 504.064.36
ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ БИОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ТРОФНОСТЬ ВОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ
Г. Б. Кривцова, В. В. Петухов.
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической
безопасности Российской академии наук (НИЦЭБ РАН)
Основным компонентом, определяющим трофность природных вод, являются гумусовые кислоты – высокомолекулярные органические объекты стохастического характера (подобные таким классам соединений как нефти, танины, хитозаны).
Гумусовые кислоты, в силу специфики строения, обусловленной наличием гидрофобного ароматического каркаса и богатой функциональными группами углеводно-пептидной периферии, проявляют макролигандные свойства: образуют комплексы с ионами металлов и вступают в донорно-акцепторные и
ван-дер-ваальсовы взаимодействия с различными классами органических соединений, и рассматриваются как перспективный класс соединений для получения детоксицирующих агентов природного происхождения.
Поэтому изменение содержания гумусовых кислот в водоёмах, расположенных в водосборных бассейнах агропромышленных комплексов – «горячих»
точках биогенной опасности (рис. 1), целесообразно выбрать основным параметром оперативного контроля биогенного воздействия на трофность водных
объектов, [1; 7].
Производительность,
тонн/год
до 50
50-250
250-750
750-1220
граница зон водосбора
Рисунок 1. «Горячие точки» биогенной опасности – крупные агропромышленные комплексы
Ленинградской области
Экспресс-контроль многофакторного биогенного воздействия на трофность водоёмов в системе экологического мониторинга [3; 6] можно осуществить, выбрав специфический и достаточно информативный обобщенный по326
казатель, адекватно отражающий в реальном времени изменение состояния
водной среды.
НИЦЭБ РАН предложен метод ведения мониторинга экологического состояния водных стоков, сформированных непосредственно у источника биогенной опасности и на границах функционирующих агропромышленных комплексов, [3]:
– мониторинг в реальном времени водных стоков крупных агропромышленных комплексов: сонолюминесцентный (СЛ) экспресс-контроль водной среды, [4];
– информационно-измерительный комплекс, обеспечивающий ведение
мониторинга состояния всех сформированных в границах сельскохозяйственного предприятия водных стоков, где: информационный канал – суммарная сонолюминесценция (  СЛ ) проточной водной пробы в мультипузырьковой кавитационной зоне (МПК-зоне), создаваемой «точечным» источником ультразвукового воздействия (ТИУЗ); обобщенный показатель качества водной среды – изменение интенсивности суммарной СЛ, ( I  СЛ ); «паспорт загрязнения»
в момент возникновения «аномалии» – «энергетический спектр  СЛ », снятый
на 10–12 уровнях мощности УЗ воздействия.
– функциональная модель информационно-измерительного комплекса
экспресс-контроля (непрерывного контроля качества) водной среды – система
обработки данных экспресс-контроля водных стоков (система регистрации
аномальных изменений состояния водной среды) и ситуационного моделирования, где датчики регистрации (конечные элементы информационнорегистрирующего канала системы мониторинга) – компактные, надёжные, безреагентные и безынерционные приборы (датчики опорной сети обсерваторий
экологической безопасности), [2, 3].
Многочисленные исследования последних лет показали, что УЗ воздействие на водные растворы высокомолекулярных РОВ – ферментов (рис. 2, а),
приводит к структурным перестройкам, сопровождающимся увеличением
внутримолекулярной подвижности глобулы, разворачиванием ее, сопровождающимся экспонированием гидрофильных групп в воду и повышением их химической активности, [4; 8; 1].
Низкочастотное УЗ воздействие – специфический механизм безынерционного и безреагентного воздействия на водные растворы любых РОВ, поскольку водное окружение определяет структуру и функционирование молекул
любых растворимых веществ. Характер гидратационных взаимодействий специфичен не только для каждого конкретного вещества, но и для разных его
концентраций в растворе, и, следовательно, определяет состояние водной среды.
Реакция водных проб с РОВ на низкочастотное УЗ воздействие, энергетическая значимость которого не превосходит энергии химических связей, достаточно специфична и информативна для контроля состояния водных растворов.
Нелинейную зависимость свойств растворов биополимеров от мощности
УЗ воздействия определяет большое количество одновременно действующих и
327
разных по характеру факторов, что чрезвычайно усложняет интерпретацию
наблюдаемых явлений, но придаёт им ярко выраженный индивидуальный характер.
Изменение I  СЛ водной пробы в МПК-зоне проточной «контрольной
ячейки» – легко регистрируемый параметр, пропорциональный ответной реакции данной водной пробы на поддерживаемое с высокой стабильностью УЗ
воздействие, и может быть выбран обобщенным показателем состояния (качества) контролируемой водной среды.
Способ активации биоактивных препаратов (РОВ) УЗ воздействием на их
водные растворы при плотности ультразвуковой энергии (0,05–2,00) Дж/см3
(вблизи порога кавитации) защищен Патентом РФ, [5]. В этом диапазоне мощности УЗ воздействия можно ожидать максимальной информативности изменения I  СЛ .
Аналогичным образом «отвечают» на УЗ воздействие и водные растворы
подобных ферментам по структурным взаимодействиям комплексов гумусовых
кислот, (рис. 2, б).
а)
б)
Рисунок 2. структурный фрагмент (часть молекулы):
а) фермента с активными центрами; б) гумусовых кислот (Kleinhempel, 1970) –
гипотетический
Основные физико-химические процессы в МПК-зоне ТИУЗ, сопровождающие кавитацию в динамике ее развития на разных уровнях мощности низкочастотного УЗ воздействия подробно рассмотрены ранее, [2].
Суммарная схема УЗ расщепления молекул воды (гипотеза МаргулисаМальцева): локальная концентрация плотности энергии УЗ воздействия, приводящая к возбуждению СЛ в газовой фазе и возникновению звукохимических
реакций, сопровождающихся вторичной хемилюминесценцией за счёт радикальных продуктов расщепления воды – окислительно-восстановительных реагентов, представлена на Рисунке 3, [4; 8].
328
Рисунок 3. Схема УЗ расщепления молекул воды (гипотеза Маргулиса-Мальцева): генерация
возбуждённых электронных состояний и квантов света в водных системах под влиянием
энергии ультразвука – выход окислительно-восстановительных реагентов
Уровень мощности УЗ воздействия, обеспечивающий доступное регистрации изменение I  СЛ проточной водной пробы, выбирается, в соответствии
с «обобщёнными рядами» сезонной изменчивости, вблизи (до) порога кавитации.
Это позволяет в оперативном режиме: – фиксировать изменение состояния водной среды (рис. 4); – отрабатывать сигнал «Тревога/Аномалия» по
«всплеску» I  СЛ (снижение порога кавитации вследствие аномального загрязнения контролируемой водной среды) непосредственно в момент возникновения аномалии (рис. 4);
– снимать «энергетический спектр  СЛ » – своеобразный, неповторимый
в своем роде, «паспорт загрязнения».
I SL , mkA
1
2
3
4
5
t, s
t, s
Рисунок 4. Фрагмент записи экспресс-контроля качества проточной водной пробы: 1; 3; 5 –
I СЛ на выбранном вблизи (до) порога кавитации уровне мощности УЗ воздействия; 2; 4 –

«всплеск» I СЛ при снижении порога кавитации вследствие загрязнения водной среды

Энергетический спектр  СЛ дистиллированной воды (фоновый объект
для адекватного сравнения энергетических спектров водных проб исследуемых
водных объектов, «фон») и «энергетические спектры  СЛ » водных растворов
с разными концентрациями РОВ – гумата натрия, приведены на рис. 5.
329
15
Интенсивность люминесцентного свечения
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Уровень УЗ воздействия
фон
C =0,1г/л
С = 0,025 г/л
С = 0, 0125 г/л
С = 0,05 г/л
Рисунок 5. Энергетические спектры суммарной СЛ «фона» и водных растворов гумата
натрия (РОВ) разной концентрации
Выводы
Изменение содержания гумусовых кислот в водной среде можно выбрать
основным параметром оперативного контроля биогенного воздействия агропромышленных комплексов на трофность водных объектов агросферы.
Изменение интенсивности суммарной сонолюминесценции водных растворов в зоне ультразвукового воздействия доступно регистрации, достаточно
специфично и информативно, чтобы стать обобщённым показателем качества
водной среды.
Информационный ресурс сонолюминесцентного способа экспрессконтроля качества водной среды, основанного на безынерционном и безреагентном явлении ультразвукового свечения водных растворов в МПК-зоне
ТИУЗ, обеспечивает работоспособность информационно-регистрирующего канала информационно-измерительных комплексов.
Информационно-измерительные комплексы опорной сети обсерваторий
экологической безопасности, оборудованные средствами беспроводной передачи данных (GSM, 3G), обеспечивают регистрацию в реальном времени аномалий водных объектов, предварительную обработку и динамическое отображение состояния контролируемых объектов в ситуационном центре с использованием Web и ГИС-технологий.
Непрерывный дистанционный мониторинг водных объектов агрокомплексов Ленинградской области (ЛО), как непосредственно у наземного диффузного источника биогенной опасности, так и на границах его водосборного
бассейна, возможен в пределах зон покрытия операторов мобильной связи, т.е.
практически на всей территории ЛО.
Библиографический список
1. Кривцова Г. Б. Сонолюминесцентный метод экспресс-контроля водной среды: Автореф.
дис. … канд. техн. наук. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007. 20 с. www.eltech.ru,
20.04.2007 г.
2. Кривцова Г. Б. Кавитационная зона «точечного» источника ультразвукового воздействия –
мультифрактальных информационно-энергетический объект водной среды. Принцип форми330
рования и информационно-энергетический ресурс МПК-зоны (теоретическая часть). Ультразвуковое свечение – информационный канал МПК-зоны (эксперимент) // Известия СПбГЭТУ
«ЛЭТИ» 4–5’2011. – СПб.: Изд. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. – С. 73–80; 87–92.
3. Кривцова Г. Б., Петухов В. В. Сонолюминесцентный экспресс-контроль техногенных загрязнений водных объектов агросферы: информационные возможности и перспективы //
Сборник научных статей научно-практической конференции с международным участием по
проблемам радиологии и агроэкологии, посвященной 40-летию ГНУ ВНИИСХРАЭ Россельхозакадемии (5–7 сентября 2011 г., г. Обнинск, Россия). – Обнинск: Изд. ВНИИСХРАЭ,
2012.
4. Маргулис М. А., Маргулис И. М. Механизм звукохимические реакций и сонолюминесценции // Химия высоких энергий. 2004. Т.38. № 5. – С. 323–333.
5. Патент РФ № 2020961 Способ активизации лекарственных препаратов / Г. Б. Кривцова и
др., заявка № 4914316 от 25.02.91, зарег. 15.10.1994. – Бюл. 19.
6. Петухов В. В. Информационная модель системы оперативного управления природнохозяйственными объектами в чрезвычайных ситуациях // «Информационно-измерительные и
управляющие системы». № 4. 2008.–C. 51–54.
7. Сборник материалов XII Международного экологического форума «День Балтийского моря»: «От целостного подхода – к комплексным действиям», (21–23 марта 2011 г., СанктПетербург). – СПб.: ООО «Цветпринт», 2011. 492 с. (BSD12, 2011)
8. Margulis Milia A., Margulis Igor M. Contemporary review on nature of sonoluminescence and
sonochemical reactions // Ultrasonics Sonochemistry. – March 2002. – V.9. – Issue 1. – P. 1–10.
331
УДК 502.05
ОЦЕНКА И МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ МЕЛИОРИРОВАННЫХ
ЗЕМЕЛЬ В ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЕ Г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
Криулин К. Н., Епифанов А. В., Антонов И. В., Селиванов В. С.
СПбГПУ, СПбГТУРП
В начале 2000-х годов, на территориях непосредственно примыкающих к
г. Санкт-Петербургу, в том числе и на мелиорированных землях, началось массовое строительство промышленных объектов, транспортных магистралей, жилищное строительство. Строительство данных объектов сопровождается разрушением элементов существующих мелиоративных систем, может приводить
к потере функциональности осушительных систем не только на площади строящихся объектов, но и на вышерасположенной водосборной площади. Эксплуатационные ремонтно-восстановительные работы на мелиоративных системах в
1990–2010 годы в основном сводились к обеспечению минимальной работоспособности основных элементов систем – главных водоотводящих каналов. Работы на закрытой осушительной сети проводились в минимальных объемах.
В целях оценки состояния и организации мониторинга состояния мелиорированных земель в 2010–2011 годах, в рамках выполнения работ заказанных
Комитетом по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению
экологической безопасности была проведена инвентаризация мелиоративных
каналов находящихся в собственности Санкт-Петербурга и прилегающих водосборных площадей.
В рамках работы было выполнено натурное обследование 184 каналов,
общей протяженностью около 300км. Результаты натурного обследования,
сгруппированные по хозяйствам – землепользователям, представлены в виде
материалов фотофиксации и описания состояния каналов и трубопереездов.
В рамках работы была разработана геоинформационная система – «ГИСмелиорация» – геоинформационный комплекс, содержащий как географическую, так и атрибутивную информацию. Географическая информация состоит
из слоев: растрового слоя аэрофотосъемки территории Санкт-Петербурга, слоя
мелиоративных каналов, слоя труб переездов, слоя фотографий мелиоративных
каналов и труб переездов, слоя функционального зонирования территории в соответствии с генеральным планом развития Санкт-Петербурга. Атрибутивная
информация состоит из: параметров мелиоративных каналов, параметров труб
переездов.
«ГИС-мелиорация» содержит линейные объекты (184 канала) и точечные
объекты (311 труб-переездов), более 500 фотографий характеризующих состояние каналов, сооружений, территорий.
В рамках работы выполнена интегрированная оценка состояния мелиоративных каналов и территорий с использованием следующих критериев:
332
Состояние русла каналов
1. Хорошее – русла свободны от растительности, на откосах нет оплывов,
заиливание отсутствует, подпора закрытых коллекторов (ЗК) нет, застоя воды
по длине канала нет.
2. Удовлетворительное – каналы находятся в работоспособном состоянии,
устья просматриваются, подпора нет, имеются незначительные оплывы откосов
и заиление дна, наличие кустарниковой и влаголюбивой растительностью по
длине не превышает 30%, крепление дня не разрушено и не заилено, застоя воды в канале нет. Заметны следы эксплуатационных мероприятий.
3. Неудовлетворительное – русла заросли кустарником и влаголюбивой
растительностью более 30% по длине, устья ЗК не просматриваются, имеются
разрушения креплений каналов, оплывы и разрушения откосов поверхностными водами в виде размывов. Движение воды из-за высокой шероховатости незначительное или отсутствует.
4. Крайне неудовлетворительное – Русла заросли кустарником, деревьями
и влаголюбивой растительностью более 30% по длине, оплывы и разрушения
откосов, вплоть до полного прекращения движения воды.
Состояние трубопереездов:
1. Хорошее – Оголовки не разрушены, откосы не разрушены и задернованы, заиление отсутствует, насыпь находится в исполненном, соответствующем
проекту, состоянии.
2. Удовлетворительное – Оголовки не разрушены, откосы не разрушены и
фрагментарно задернованы, насыпь находится в исполненном, соответствующем проекту, состоянии, частичное заиление трубы не создает подпора.
3. Неудовлетворительное – Оголовки разрушены, в насыпи имеются воронки, заилено до 1/3 диаметра трубы, что создает подпор для воды. Требуется
подсыпка насыпи.
4. Крайне неудовлетворительное – Оголовки разрушены, в насыпи имеются воронки, заилено более 1/2 диаметра трубы, подпор для воды, движение
воды с минимальными скоростями.
Состояние прилегающей территории:
1. Хорошее – залегание грунтовых вод более 1,2м от поверхности.
2. Удовлетворительное – залеганием уровня грунтовых вод более 0,7 м от
поверхности.
3. Неудовлетворительное – залегание уровня грунтовых вод менее 0,7 м
от поверхности земли.
Интегральная оценка (принималась равной худшей из отдельных оценок
состояния канала) оценивает работоспособность каналов и мелиорированных
земель в настоящее время.
Анализ информации об изменении структуры использования мелиорированных земель, выполненных на основании разработанной ГИС, позволяет сделать вывод, что территории земель сельскохозяйственного назначения к 2025г.
уменьшаются более чем в 2 раза, а территории застройки увеличиваются в 4 раза:
333
Современное состояние (2011 год) – застройка – 31.4 км2; садоводства и
парки – 22.9 км2; сельскохозяйственные земли – 163.0 км2.
Перспектива (2025 год) – застройка – 84.7 км2; садоводства и парки –
25.1 км2; сельскохозяйственные земли – 71,9 км2; односемейная застройка –
35.6 км2.
В настоящее время 25% каналов проходят по территории промышленной
и жилой застройки, 25% каналов проходят по территории садоводств, 50% – на
сельскохозяйственной территории.
В рамках работы была выполнена экономическая оценка последствий
снижения функциональности мелиоративных систем. Оценка определялась на
основании расчета потенциального экономического ущерба от подтопления
территорий. Оценка учитывала информацию о размере водосборной площади, о
типе использовании фрагментов водосборной площади. Оценка была выполнена для всех каналов и водотоков пригородной зоны г. Санкт-Петербург.
Расчетное значение потенциального ущерба в совокупности со значением
интегральной оценки работоспособности мелиоративных каналов и земель позволило определить очередность и состав мероприятий по сохранению и восстановлению работоспособности мелиоративных каналов.
Каналы, на которых необходимо провести работы по капитальному ремонту и реконструкции в первую очередь и в кратчайшие сроки, были определены как каналы с минимальной интегральной оценкой работоспособности и
как каналы, потеря работоспособности которых приведет к максимальному
экономическому ущербу. По результатам функционального зонирования прилегающей территории и оценке состояния каналов получено, что в первую очередь должны быть восстановлены 39 мелиоративных каналов, во вторую очередь выполнены на 107 каналах и в третью очередь – 28 каналов.
334
УДК 631.452
О ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЙМЕННЫХ НИЗИННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ
ПОД ВЛИЯНИЕМ ДЛИТЕЛЬНОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО
ОСВОЕНИЯ
Т. Б. Лагутина, О. Д. Кононов,
ГНУ Архангельский НИИСХ Россельхозакадемии
Одним из резервов получения сельскохозяйственной продукции на Европейском Севере являются торфяные почвы низинных болот, которые обладают
высоким потенциальным плодородием. Особый интерес представляют высокозольные торфяные почвы, образующиеся при напорном питании болота или
участии аллювиальных наносов. Вопросы повышения их продуктивности зависят от агрофизических свойств. Под влиянием осушения, культуртехнических
работ и дальнейшего использования торфяные почвы заметно изменяют воднофизические свойства.
Исследования по изменению физических и водных свойств под влиянием
осушения и сельскохозяйственного освоения проводились на торфяных почвах
участка Зеленец Архангельской опытно-мелиоративной станции. До осушения
участок представлял собой закустаренное низинное болото с естественной луговой и древесной растительностью дельтовой поймы Северной Двины. Осушение проведено в 1961–1965 годы открытой сетью каналов и закрытым дренажем с глубиной заложения 0,9–1,1 м и расстоянием между дренами 10, 20,
30 м. Торф древесно-осоковый с мощностью торфяной залежи 0,6–2,0 м. Почвы
опытного участка характеризовались высокой (30–32%) степенью разложения
торфа до освоения в верхнем 30 см слое. Содержание золы в начальный период
было 38-40% в пахотном горизонте, вниз по профилю зольность сначала
уменьшалась, а затем на границе с материнской породой увеличилась до 70%.
Плотность твердой фазы торфа верхних горизонтов невысокая – 1,4–1,6 г/см3, в
нижних она достигала 1,7–1,85 г/см3 за счет появления минеральных прослоек
ближе к подстилающей породе. Для верхних горизонтов исследуемого участка
характерна сравнительно высокая для торфяных почв объемная масса 0,14–
0,28 г/см3, что связано с высокой степенью разложения торфа и зольностью.
Обычно объемная масса определяется географической зоной распространения торфяных почв, зольностью и степенью разложения торфа. В зависимости от зольности она колеблется от 0,1 до 0,7 г/см3 . В условиях конкретной
почвенно-климатической зоны объемная масса зависит от степени осушения и
интенсивности сельскохозяйственного использования и увеличивается в 1,5-2,5
раза [1].
После осушения участок 10 лет использовался в качестве сенокоса, а в
дальнейшем до 1992 года в лугопастбищном севообороте. Последние 20 лет
участок не перезалужали. Среди факторов, оказывающих влияние на степень
разложения, ведущими являются ресурсы тепла и влаги. Под действием осушения, с улучшением водно-воздушного и питательного режимов интенсивность
разложения торфа и зольность возрастали. В условиях дельтовой поймы, после
335
30-летнего освоения степень разложения торфа увеличилась до 50-52% в пахотном горизонте, а зольность возросла до 57–60%. Это существенно повлияло
на физические и водные свойства почвы, а также на осадку и сработку торфяной залежи. Понижение поверхности торфяной почвы в первые годы после
осушения происходило за счет уплотнения органического вещества торфа, потери вековых запасов воды; спустя 10–15 лет преобладающими стали процессы
гумификации и минерализации. Зондирование торфяной почвы над дренами
через 40 лет после строительства выявило интенсивность осадки и сработки
торфа в среднем 0,8–1,0 см в год при сенокосно-пастбищном ее использовании.
Косвенным показателем скорости и интенсивности процессов физической и
биохимической сработки торфа в процессе сельскохозяйственного использования является динамика увеличения объемной массы торфов.
После 30-летнего освоения объемная масса в верхнем горизонте почвы
(0–30 см) увеличилась с 0,22–24 г/см3 до 0,38–0,52 г/см3 , причем более интенсивно это увеличение проходило в слое 0-20 см (0,23–0,29 г/см3) (таблица 1).
Таблица 1 – Изменение физических и водных свойств торфяных почв в
процессе длительной эксплуатации.
Глубина торфа, время отбора почвы
Более 100 см,
1965 г.
80-90 см,
1995 г.
80-90 см,
2005 г.
Горизонт,
см
0–10
10–20
20–30
0–30
0–10
10–20
20–30
0–30
0–10
10–20
20–30
0–30
Объемная масса, Плотность тв. Пористость
г/см3
фазы, г/см3
по объему, %
0,23
0,28
0,21
0,24
0,52
0,51
0,32
0,45
0,51
0,52
0,46
0,49
1,52
1,61
1,58
1,57
1,85
1,81
1,62
1,73
1,83
1,82
1,78
1,83
85
83
87
85
72
72
75
73
73
72
75
73
Полная влагоемкость по
весу, %
331
286
449
355
125
121
201
149
147
151
158
152
При осушении и освоении низинных торфяных почв происходит уменьшение полной влагоемкости, одного из важнейших водных свойств почвы, которая находится в тесной корреляционной связи с объемной массой. В неосушенных почвах наибольшую часть объема занимает жидкая фаза. Осушение и
освоение торфяных почв приводит к тому, что в верхних корнеобитаемых слоях, по сравнению с нижележащими горизонтами, существенно снижается влагоемкость, что в дальнейшем ведет к значительному повышению воздухоемкости торфов и обеспечивает оптимальную влажность. На опытном участке Зеленец за 30 лет использования в культуре полная влагоемкость почвы снизилась в
среднем с 355 до185% в пахотном горизонте почвы.
Важным показателем, определяющим водно-воздушный режим торфяных
почв, является пористость почвы. Увеличение объемной массы при сельскохозяйственном использовании приводит к некоторому снижению величин общей
порозности. Высокая скважность торфяных почв является причиной неустой336
чивого водно-воздушного режима и, в конечном счете, приводит к снижению
урожайности сельскохозяйственных культур.
Наиболее резко под влиянием мелиорации изменяется водопроницаемость торфяных почв. В начальный период освоения коэффициент фильтрации
составлял 1,5–1,9 м/сутки, после 40 летнего освоения он снизился до 0,2–
0,4 м/сутки за счет уплотнения торфяной залежи. Значительно уменьшилась и
водоотдача торфов. Так в начальный период при коэффициенте фильтрации
1,5 м/сутки коэффициент водоотдачи составлял 0,9-0,14. Снижение общей порозности и водопроницаемости торфа привело к ухудшению условий осушения.
Изменение свойств торфяных почв в процессе их длительного сельскохозяйственного использования, в первую очередь, водопроницаемости приводит к
переувлажнению. При таких условиях на пойменных лугах идет процесс переформирования видового состава травостоев. Появляются осоки, щучка дернистая, таволга вязолистая, зеленые гипновые мхи.
Для повышения продуктивности данных угодий следует использовать
технологические приемы, основанные на использовании фитомелиоративного
эффекта влаголюбивых, ценных в кормовом отношении трав. Посев фитомелиорантов влиял как на урожайность, так и на качество травостоя. Наиболее
устойчивыми в наших условиях являются травы интенсивного типа (кострец
безостый, двукисточник тростниковый) [2]. При невозможности достижения
оптимальной нормы осушения фитомелиорацией, следует проводить реконструкцию осушительной сети.
Литература
1. Экологические аспекты мелиорации земель юга Нечерноземья / Под общей редакцией
Ю. А. Мажайского, В. И. Желязко – М.: Изд-во Московского университета, 2003. – 319 с.
2. Кононов О. Д., Лагутина Т. Б. Методология формирования эколого-мелиоративных и агробиологических приемов повышения продуктивности органогенных почв. – Архангельск,
2005. – 12 с.
337
ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И ПОВТОРЯЕМОСТЬ АНОМАЛИЙ
УРОЖАЙНОСТИ ПШЕНИЦЫ НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ РОССИИ И
СТРАНАХ СЕВЕРНОЙ ЕВРОПЫ
Менжулин Г. В. Павловский А. А.
Санкт-Петербургский государственный университет
По тематике возможного влияния изменений климата на продуктивность
сельскохозяйственных растений регулярно проводятся крупные отечественные
и международные исследования, по результатам которых публикуется большое
количество статей и монографий. Однако следует отметить, что практически
все эти исследования посвящены вопросам изменения уровня продуктивности
сельскохозяйственных культур при изменении гидротермического режима и
увеличении концентрации углекислого газа в атмосфере. Вопросы о влиянии
ожидаемых изменений глобального климата на повторяемость аномальных по
урожайности лет поднимаются гораздо реже, хотя на настоятельную необходимость исследования данного вопроса неоднократно указывалось (IPCC, 2008).
Авторы в определенной степени попытались заполнить этот пробел.
Объекты и методы. В России в качестве исследовательских районов были
выбраны Ленинградская, Новгородская, Псковская и Калининградская области.
Европейскими регионами при этом стали страны Скандинавии: Швеция, Норвегия, Дания; страны Балтии: Латвия, Литва, Эстония; регионы Великобритания: Англия, Шотландия, Северная Ирландия, Уэльс, а также Финляндия и Ирландия в целом.
В настоящем исследовании для прогнозирования аномалий урожайности
озимой и яровой пшеницы в Северо-Западном регионе России и Севера Европы
используется разработанная авторами методика, основанная на ансамблевом
подходе при выборе трендов урожайности, метеорологических факторов и
наиболее достоверных регрессионных моделей (Менжулин, Павловский,
2009(а,б), 2010; Menzhulin and Pavlovsky. 2011).
Результаты и обсуждение. В России в применении к озимой пшенице
лучшая модель была нами получена в применении к Псковской области, для
которой скорректированный коэффициент детерминации R2adj, оказался равным
0.73, и к яровой пшенице – для Новгородской области (R2adj = 0,67). Средние
значения этого коэффициента детерминации в Северо-Западном регионе России оказались равными для озимой пшеницы – 0,57, для яровой пшеницы –
0,50. Однако наиболее высокие значения коэффициента детерминации получены нами для моделей, построенных применительно к графствам Дании и Швеции. Здесь средние значения R2adj для моделей аномалий урожайности озимой
пшеницы составляют 0,90 для Дании и 0,71 для Швеции, яровой пшеницы –
0,86 и 0,55, соответственно. Такие высокие значения этих коэффициентов для
моделей для графств Швеции и Дании по сравнению с Россией объясняются,
прежде всего, существенными различиями между площадями скандинавских
графств и российских областей. Регрессионные модели, построенные для стран
Балтии, характеризовались следующими значениями коэффициентов детерминации для озимой пшеницы: Латвия – 0,52, Литва – 0,64, Эстония – 0,4. Точ338
ность моделей для яровой пшеницы в Латвии составила 0,64, в Литве – 0,46, в
Эстонии – 0,58. Для регионов, где исходная информация по урожайности представлена по пшенице в целом, получены следующие результаты: значения R2adj
для таких относительно крупных стран, как: Финляндия, Ирландия и Норвегия
они составили 0,63, 0,60 и 0,54, соответственно, в административных частях
Великобритании, Северной Ирландии и Уэльса, они оказались существенно
выше и равнялись 0,90 и 0,85 соответственно.
Как уже было сказано, важнейшим и одним из наиболее остро стоящих
вопросов современной прогностической климатологии является вопрос о возможном влиянии глобального потепления на повторяемость аномальных по
урожайности лет. В настоящее время наиболее универсальным методом оценки
ожидаемых количественных изменений климата является использование результатов расчета по моделям общей циркуляции атмосферы и океана
(МОЦАО). В данной работе в качестве источника будущей метеорологической
информации был выбран климатический сценарий, базирующийся на расчетах
по одной из лучших моделей ECHAM5 MPI-OM.
При построении прогностических оценок повторяемости засушливых лет
нас, прежде всего, интересовали погодные вариации температурного режима и
режима атмосферных осадков. В связи с этим, как и в случае исторической метеорологической информации, снова встает задача о выделении длинноперидной компоненты изменчивости из прогностических рядов метеорологических
факторов. Качественный анализ прогностических данных выявил существенные различия в типах тенденций изменений метеорологических элементов в
различных территориальных единицах. Поэтому при подготовке рядов прогностических предикторов, как и в случае исторической информации, было принято решение не ограничиваться использованием какого-то одного априорного
тренда, а делать выбор, основываясь на анализе результатов, полученных по
набору трендов.
В докладе будут приведены таблицы, иллюстрирующие прогностическую
динамику повторяемости аномалий урожайности озимой и яровой пшеницы в
период 2013–2050 гг. в областях и графствах исследуемых регионов. Расчеты
показали, что в течение рассматриваемого периода в исследуемом географическом регионе более благоприятные гидротермические условия сложатся для
производства яровой пшеницы. Разница в повторяемости отрицательных аномалий урожайности озимой и яровой пшеницы составляет 12%. Особенно
большая разница в повторяемости отрицательных аномалий для двух типов
пшеницы придется на ближайшее десятилетие.
В областях Северо-западного региона России выявлено превышение повторяемости аномальных по урожайности лет для озимой пшеницы над яровой.
На период 2041–2050 гг. приходятся более благоприятные условия для производства озимой пшеницы. В первую половину исследуемого периода повторяемость аномальных по урожайности лет будет выше, чем во вторую. При этом в
период 2031–2050 гг. при общем снижение повторяемости засушливых условий
улучшатся условия для производства озимых культур. Повторяемости отрицательных аномалий для озимой и яровой пшеницы будут практически равны.
339
Также как для озимой и яровой пшеницы, оцененных порознь, первое десятилетие прогностического периода для пшеницы в целом характеризуется
более высокой повторяемостью негативных аномалий. В дальнейшем количество отрицательных аномалий урожайности снижается. Наиболее благоприятными периодами для возделывания пшеницы станут: для Норвегии и Финляндии – 2021–2030 гг., для Ирландии, Северной Ирландии и Уэльса – 2031–
2040 гг. Для всего исследуемого региона количество отрицательных лет по
урожайности, в соответствии со сценарием изменения климата ECHAM5 MPIOM, будет большим в первую половину прогностического периода, особенно
для озимой пшеницы. В дальнейшем, после 2030 года, количество лет с потерями урожаев озимой и яровой пшеницы станет примерно одинаковым.
Выводы и заключение. Полученные результаты позволяют заключить,
что разработанная методика, основанная на ансамблевом подходе при выборе
трендов и наиболее статистически обоснованных и точных линейных регрессий, позволяет выявить важные закономерности влияния глобального потепления на особенности изменений повторяемости аномальных по урожайности лет
в различные временные промежутки в будущем.
Благодарности. Данная работа выполнена при грантовой поддержке
(грант № 11-05-00258) Российского Фонда Фундаментальных Исследований,
которому авторы выражают свою глубокую благодарность.
Список литературы
Менжулин Г. В., Павловский А. А. 2009(а). Оценки изменений повторяемости аномалий
урожайности зерновых культур при ожидаемых изменениях климата. В сб.: Современные проблемы климатологии. Материалы Всероссийской конференции, посвященной
100-летию профессора О. А. Дроздова. 20–22 октября 2009г. СПб.: Изд-во ВВМ.
С. 101–104.
Менжулин Г. В., Павловский А. А. 2009(б). Прогностические оценки изменений продуктивности и межгодовой изменчивости урожаев сельскохозяйственных культур при ожидаемом глобальном потеплении. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции.
Том 166. – СПб.: ВИР С. 544–550.
Менжулин Г. В., Павловский А. А. 2010. Прогностические оценки аномалий урожайности
зерновых культур при изменениях климата. В сб.: Нерешенные проблемы глобальной
климатологии. Материалы Всероссийской конференции, посвященной 90-летию академика М. И. Будыко. 10–11 июня 2010 г. СПб.: Изд-во ВВМ. С. 46–48.
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). 2008. Climate Change 2007. Impacts,
Adaptation and Vulnerability. Cambridge University Press. Cambridge, UK, 2008. 956 p.
Menzhulin G. V. and A. Pavlovsky. 2011. Global Warming and Possible Changes in the Recurrences of Grain Crops Anomalies. In: Use of Satellite and In-Situ Data to Improve Sustainability.
Dordrecht, the Netherlands. Springer Verlag. P. 145–150.
340
О ПРОБЛЕМАХ ПОСТРОЕНИЯ АГРОКЛИМАТИЧЕСКИХ
СЦЕНАРИЕВ ПОСЛЕДСТВИЙ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ
Менжулин Г. В., Павловский А. А., Галахова Ю. Е., Кессель А. С.
Санкт-Петербургский государственный университет
Для современной науки об окружающей среде и смежных дисциплин характерно быстрое развитие тех исследовательских направлений, которые относятся к вопросам глобальных и крупномасштабных изменений и, в первую очередь, к главному их фактору – глобальному потеплению. Несомненным успехом исследований, проведенных в мире в последние три десятилетия, является
то, что сейчас можно достаточно уверенно говорить о наиболее вероятных сценариях изменений характеристик глобального климата и наиболее принципиальных их последствиях. Важно заметить, что в применении к некоторым из
них уже можно надеяться на достоверность полученных не только качественных, но и количественных оценок. В докладе, представляемом на данную конференцию будут приведены материалы, касающиеся принципиальных вопросов
агроклиматических последствий развивающегося глобального потепления, и,
прежде всего, вопросов методики расчетов изменений урожайности сельскохозяйственных культур.
Несмотря на некоторые различия, все такие методики построены однотипно, Они содержат (1) блоки данных по изменениям климатических параметров, (2) блоки подготовки входной информации для моделей урожайности и (3)
блоки расчета урожайности, представляющие собой имитационные (механистические) или регрессионные модели.
Предстоящие изменения климата. В настоящее время для расчета разнообразных последствий современного глобального потепления, пожалуй, единственную надежду для построения сценариев территориального распределения
изменений климатических параметров оставляют расчеты, базирующиеся на
моделях глобальной циркуляции атмосферы и океана – климатических моделях
(IPCC, 2008). В этой связи важно понять, насколько такие сценарии точны или,
другими словами, насколько может считаться достоверным тот или иной модельный сценарий, использованный для оценок возможных последствий глобального потепления или при обосновании мер по адаптации.
Проблеме оценки адекватности прогностических сценариев в настоящее
время уделяется большое внимание. Так, хорошо известны результаты, полученные в разработках по специальным международным проектам сравнения
моделей, проведенных в последнее десятилетие. Высоко оценивая результаты,
полученные разработчиками этих проектов, все же следует отметить их направленность на удовлетворение профессиональных интересов специалистов по моделированию. Однако из полученных в рамках этих проектов результатов трудно сделать выводы о преимуществах одних модельных сценариев перед другими, что необходимо для оправдания получаемых выводов о последствиях изменений климата, в том числе и агроклиматических. Получить полный ответ на
вопрос о достоверности разработанных до настоящего времени прогнозов
трудно (если в принципе возможно), однако исследователи последствий долж341
ны быть готовыми отвечать на подобные вопросы с детализацией, доступной
для современной науки.
С целью обоснования достоверности модельных сценариев рекомендованных в четвертом отчете МГЭИК, авторы настоящей разработки построили
методику оценивания их относительной достоверности (Менжулин, Петерсон,
Шамшурина 2009; Менжулин, Шамшурина, 2010). Некоторые результаты расчетов по этой методике были представлены на конференции в Агрофизическом
институте 2011 года. Данная методика основывается на анализе модельных
воспроизведений динамики климатического режима, имевшей место в различные временные промежутки последних ста лет во всех климатических регионах
всех континентов. При анализе первостепенное внимание уделялось оценкам
точности модельных воспроизведений изменений внутригодовой динамики
климатических параметров, также как и характеристик их пространственного
распределения в разных климатических зонах. В докладе будут представлены
некоторые материалы на этот счет.
Этап согласования форматов внешней и входной информации. Блоки реализующие этот этап расчетов, несмотря на их многообразие и индивидуальные
особенности, всегда присутствуют в алгоритмах, реализующих ту или иную
методику расчета влияния изменений климата на урожайность. В случае использования имитационных (механистических) моделей продуктивности – это в
первую очередь «генераторы погоды». Необходимость использования таких генераторов связана с тем, что практически всегда используемые для целей агроклиматического прогнозирования имитационные модели, построены применительно к задачам агрометеорологического прогнозирования, то есть к расчетам
в условиях конкретного вегетационного сезона. В силу того, что их авторы первоначально не ориентировались на решение задач долгосрочного прогнозирования (на десятилетия вперед), такие имитационные схемы настроены на использование ежесуточной информации о метеопараметрах, да подчас таких деликатных как, например, приход фотосинтетически активной радиации. Использование в расчетах по имитационным моделям суточной информации, которую, в принципе, можно получить от авторов разрабатывающих климатические сценарии, как показывает опыт, считается «нежелательным» в силу того,
что таковая оценивается как неадекватная. В указанной связи, можно поставить
вопрос об очевидной исследовательской некорректности такого метода подготовки входной метеорологической информации для имитационных схем. Получается, что первородная, непосредственно полученная с помощью климатических прогностических моделей информация суточного разрешения, которую.
«ждут» имитационные модели продуктивности, оценивается как неадекватная,
тогда как она же помесячно осредненная, становится адекватной, но нуждается
в обратной посуточной развертке с привлечением искусственных генераторов
погоды, которые не имеют никакого отношения к результатам расчетов по прогностическим моделям.
Задачи этапа подготовки внешней информации для использования в регрессионных моделях урожайности имеет свою специфику. В силу того, что для
построения надежных регрессионных зависимостей урожайности от климати342
ческих параметров необходимо обеспечить статистическую стационарность рядов предикторов и предиктантов, которые содержат или растущий экономический тренд (например, хозяйственная урожайность), или длиннопериодные колебания (например, температура или осадки). Избавляясь от таких трендов,
приходится переходить к задаче о нахождении регрессионной связи относительных аномалий урожайности и относительных аномалий метеофакторов. В
силу того, что при этом остается не совсем ясным – какие виды трендов являются наиболее достоверными, при такой постановке необходимо существенно
расширить «фронт вычислений» и пользоваться результатами оценок статистических характеристик ансамбля моделей, построенных на различных гипотезах
об этих трендах.
Модели урожайности. После выполнения указанных выше предварительных этапов с привлечением различных методик проводятся непосредственные
расчеты будущей динамики показателей урожайности конкретной сельскохозяйственной культуры в конкретном экономико-географическом регионе. Несмотря на особенности реализации этого этапа исследований, в целом они ориентируются на оценки применительно к небольшим по площади территориям с
последующим осреднением по более крупным административным единицам,
регионам стран и в целом по странам.
Расчеты, оценки и дискуссия. В докладе будут приведены примеры последовательности выполнения каждого из упомянутых выше этапов расчетов и
проиллюстрированы соответствующие оценки влияния изменений климата на
урожайность. При этом в качестве моделей урожайности использовались линейные регрессионные зависимости (Менжулин, Павловский, 2009. Менжулин,
Павловский, 2010. Менжулин, Павловский 2009; Menzhulin and A.Pavlovsky,
2011). Расчеты касались производства озимой пшеницы в увеличивающихся по
площади регионах США (графство, округ, штат Канзас) и России (Воронежская
область, Центрально-черноземный район). В заключении доклада будут обсуждены основные источники неопределенностей и проанализированы потери точности при расчетах.
Благодарности. Приведенный в докладе материал получен при выполнении инициативных проектов 11-04-01295-а и 11-05-00258-а, поддержанных
грантами РФФИ, за что авторы выражают ему благодарность.
Список литературы
Менжулин Г. В., Павловский А. А. 2009(а). Оценки изменений повторяемости аномалий
урожайности зерновых культур при ожидаемых изменениях климата. В сб.:
Современные проблемы климатологии. Материалы Всероссийской конференции,
посвященной 100-летию профессора О. А. Дроздова. 20–22 октября 2009 г. СПб.: Издво ВВМ. С. 101–104.
Менжулин Г. В., Петерсон Г. Н., Шамшурина Н. В. 2009. Об адекватности сценариев
изменений климата: воспроизведение климатического режима ХХ столетия
современными климатическими моделями. Материалы Всероссийской конференции,
посвященной 100-летию профессора О. А. Дроздова. 20–22 октября 2009 г. СПб.: Издво ВВМ. С. 99–100.
Менжулин Г. В., Павловский А. А. 2009(б). Прогностические оценки изменений
продуктивности и межгодовой изменчивости урожаев сельскохозяйственных культур
343
при ожидаемом глобальном потеплении. Труды по прикладной ботанике, генетике и
селекции. Том 166. – СПб.: ВИР С. 544–550.
Менжулин Г. В., Павловский А. А. 2010. Прогностические оценки аномалий урожайности
зерновых культур при изменениях климата. В сб.: Нерешенные проблемы глобальной
климатологии. Материалы Всероссийской конференции, посвященной 90-летию
академика М. И. Будыко. 10–11 июня 2010 г. СПб.: Изд-во ВВМ. С. 46–48.
Менжулин Г. В., Шамшурина Н. В. 2010. О точности сценариев изменений климата при
глобальном потеплении: модельные воспроизведения вариаций климата в последнее
столетие. Материалы Всероссийской конференции, посвященной 90-летию академика
М. И. Будыко. 10–11 июня 2010г. СПб.: Изд-во ВВМ. С. 52–53.
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). 2008. Climate Change 2007. Impacts,
Adaptation and Vulnerability. Cambridge University Press. Cambridge, UK, 2008. 956 p.
Menzhulin G. V. and A. Pavlovsky. 2011. Global Warming and Possible Changes in the
Recurrences of Grain Crops Anomalies. In: Use of Satellite and In-Situ Data to Improve
Sustainability. Dordrecht, the Netherlands. Springer Verlag. P. 145–150.
344
УДК 631.862:631.445.2:631.425.4:620.182
ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
С. В. Непримерова, Агрофизический институт
При интенсивном использовании почв происходит их быстрое истощение. Дефицит элементов питания следует восполнять за счет вносимых удобрений, а не за счет разрушения почвенных компонентов. Внесение органических
удобрений – способ воссоздать естественный биологический круговорот химических элементов в пахотных почвах, с одной стороны, с другой – способ
улучшения физического состояния почв. Особенно важно внесение органических удобрений на почвах легкого гранулометрического состава, обладающих
небольшой сорбционной способностью.
Морфологический метод дает возможность отслеживать изменения в
составе и строении почвенной массы на начальных стадиях, когда они еще не
отражаются на физических и химических свойствах почв, фиксируемых
соответствующими лабораторными и полевыми инструментальными
исследованиями. Этот метод позволяет вести наблюдения в полевых и
камеральных условиях. В поле строение и состав почвы изучаются одновременно с морфологическим описанием почвенных разрезов. Параллельно
берутся образцы почвы с ненарушенным строением и из них изготавливаются
плоско-параллельные шлифы, которые изучают под поляризационным
микроскопом (микроморфологический метод).
Изучали агродерново-подзолистую хорошо окультуренную контактно
оглеенную супесчаную почву, подстилаемую на глубине 50–70 см опесчаненным моренным суглинком Схема опыта: контроль (без удобрений), 80 т/га
навоза крупного рогатого скота (КРС), 160 т/га навоза. Овощной севооборот.
Разрезы были заложены в июне через 2 года после внесения удобрений и через
7 лет.
Из описания разрезов (через 2 года после начала опыта) следует:
Почвы контрольной делянки и варианта с 160 т/га навоза сходны по гранулометрическому составу и стратиграфии слоев морены. Почва на делянке с
80 т/га навоза отличается более легким и однородным по профилю гранулометрическим составом и, соответственно водным режимом, что может сказываться
на урожае возделываемых культур.
Внесение 80т/га навоза не привело к более глубокой, чем в контроле, гумусированности профиля и перемещению подзолистого горизонта. Доза навоза
160 т/га вызвала перемещение подзолистого горизонта на 10–15 см ниже по
профилю почвы.
При внесении органических удобрений структура пахотного горизонта
заметно улучшается от комковато-порошистой непрочной в контроле до ореховато-зернистой в двух других вариантах.
После 7 лет интенсивного использования выявлены следующие изменения в морфологии разрезов:
345
В стратиграфии разрезов по-прежнему выделяются почвы с делянки с дозой внесенного навоза 80 т/га. Она обладает более легким и равномерно распределенным по профилю составом.
Произошло выравнивание в расположении подзолистого горизонта в
обоих разрезах с органическими удобрениями. В контроле этот горизонт расположен выше, а пахотный горизонт там менее гумусирован – имеет гораздо более светлую окраску, чем в двух других разрезах.
Структурные отдельности лучше выражены в верхних горизонтах разрезов с делянок с органическими удобрениями. Бесструктурные горизонты появляются в контрольном разрезе гораздо выше по профилю. Кроме того, в разрезах с делянок органическими удобрениями в верхних горизонтах отмечено
большое количество ходов дождевых червей, жизнедеятельность которых способствует улучшению агрегатного состояния почвы.
Изучение микростроения почв опытных делянок выявило следующее:
Контроль
Почва на контрольной делянке характеризуется следующими особенностями микростроения. Агрегированность пахотного горизонта слабая, но присутствуют в значительном количестве поры упаковки, трещины и внутриагрегатные поры. Ниже 40 см плотность сложения резко возрастает за счет заполнения пор глинисто-железистой плазмой. Органическое вещество представлено
гумусом и растительными остатками, степень разложения которых уменьшается в нижней части пахотного горизонта, остатками корешков, гифами и плодовыми телами грибов. Микромицеты, по-видимому, играют важную роль в разложении растительных остатков.
Скелет – песчаные и пылеватые зерна преимущественно кварца и полевых шпатов, в небольшом количестве слюды, единично хлориты, амфиболы,
пироксены. Зерна минералов сильно изменены, но, по-видимому, это особенность почвообразующего материала. Ниже 40 см нанос содержит более грубый
песчаный материал и существенно больше глинистых частиц.
Плазма глинисто-гумусовая и железисто-гумусовая в верхней части профиля сменяется на глинисто-железистую ниже 40 см. Отмечена миграция железисто-гумусовых соединений в пределах пахотного горизонта, пылеватых частиц и глинисто-железистой плазмы в иллювиальную часть профиля. Миграция
органо-железистых соединений и пылеватых частиц – результат почвенных
процессов. Образование глинисто-железистых натеков, вероятно, – особенность
почвообразующего материала.
Новообразования представлены немногочисленными мелкими конкрециями. Состав их изменяется, отражая специфику химизма процессов, протекающих в разных горизонтах. В верхней части пахотного горизонта конкреции гумусово-железистые, что свидетельствует о хорошей аэрации и высокой биологической активности. Ниже в составе конкреций увеличивается содержание гумуса, отражая менее окислительные условия их образования и меньшую активность микрофлоры. Конкреции этих типов отмечены до глубины распространения растительных остатков, что может быть подтверждением их биогенного
происхождения. В гор. DB конкреции содержат марганец, который обладает
346
большей подвижностью, чем железо. и выносится глубже.
Через 7 лет по-прежнему наблюдается плохая агрегированность в верхних горизонтах, органических остатков мало, они хорошо разложившиеся или
обугленные. Нет гифов и плодовых тел грибов. Гумуса мало, он распределен
неравномерно, пятнами. Гумусовых конкреций довольно много в пахотном горизонте, но они мелкие. Остальные показатели сохранились прежние.
Делянка с дозой навоза 80 т/га.
Внесение навоза радикально преобразило микростроение почвенных горизонтов. Пахотный горизонт хорошо агрегирован. Агрегаты имеют в большинстве своем округлую форму и губчатое строение. Возросло количество
биогенных пор и агрегатов, глубина агрегированности почвенной массы, количество гумуса. Наличие хорошо разложенных растительных остатков и мягкого
гумуса свидетельство быстрого разложения органических веществ навоза. Этому способствуют активность дождевых червей и других почвенных организмов,
а также, возможно, лучшая аэрация и более глубокое, чем в контроле, проникновение почвенных растворов. Железо-гумусовые конкреции обнаружены здесь
в большем количестве и большего размера, чем в контроле, что является также
следствием обогащения почвы органическим веществом. Отмечены конкреции
с зональным строением – свидетельство динамичности условий почвообразования. Особо следует отметить, что в изученной части профиля отсутствует слой
суглинистого мореного материала, это существенно меняет водо- и воздухопроницаемость почвенной толщи.
После 7 лет использования микростроение верхних горизонтов почвы
ухудшилось. Агрегаты в пахотном горизонте стали менее четкими, с размытыми границами, количество конкреций гумусового состава в верхних горизонтах
по-прежнему велико, но их размер стал меньше. Гумус мягкий, много хорошо
разложившихся растительных остатков. В средней и нижней части разреза мало
плазменного материала, в связи с чем достаточно много пор между зернами
скелета.
Делянка с дозой навоза 160 т/га
Отличительной особенностью микростроения почвы при внесении
160 т/га навоза является ухудшение степени разложения растительных остатков
и качества гумуса (более грубый гумус, чем в двух других разрезах). Наличие
большого количества обугленных растительных остатков свидетельствует о нехватке кислорода, что может быть связано с высокой активностью биоты. Тем
не менее, за 2 года биота не смогла переработать внесенное органическое вещество. Положительным фактом является высокая биогенная агрегированность и
пористость почвенной массы, распространившаяся до 55 см. Это связано с активностью большого количества дождевых червей, обеспечивших транспортировку растительных остатков. Разложение органических соединений сопровождалось образованием также большого количества мобильного гумуса и формированием нового горизонта Ahi, обогащенного вмытым гумусом. Не смотря на
глубокое проникновение гумуса, элювиальные горизонты не исчезли, а переместились глубже по сравнению с контролем. Глубокое расположение элювиальных горизонтов обусловлено также наличием водоупора в виде более тяжелого
347
по гранулометрическому составу слоя морены с забитыми натечной глиной порами. Большое количество подвижного гумуса, мигрирующего вниз по профилю, объясняет преимущественно гумусовый состав конкреций и глубокое их
распределение.
Через 7 лет в верхних горизонтах отмечено значительное уменьшение количества грубого гумуса, растительные остатки в большинстве сильно разложившиеся, агрегированность ухудшилась. Агрегаты стали крупнее, края не такие четкие, как раньше. Гумусовых конкреций много в верхних горизонтах, но
также как и на делянке с дозой навоза 80 т/га, они мелкие, с глубиной их количество уменьшается. Гумусовый горизонт Ahi исчез. По-прежнему наблюдается
миграция гумусового вещества вглубь профиля в составе плазменного материала, заполняющего межскелетное пространство.
Выводы.
1. Внесение навоза благоприятно отразилось на агрегатном состоянии
почв и ее порозности, а значит, способствовало улучшению водного и воздушного режима почв. Но с течением времени при интенсивном использовании
почвы, этот показатель значительно ухудшился и приблизился к контролю.
2. Через 2 года после внесения удобрения доза навоза 80 т/га вызвала активизацию биогенного разложения органических веществ и накопление большого количества гумуса типа муль, а при дозе 160 т/га формировался грубый
гумус с большим количеством слабо разложенных и обугленных растительных
остатков, подвижность органических веществ резко возросла. Но уже через
7 лет эти показатели выровнялись, на обеих делянках отмечено накопление
мягкого гумуса в пахотном горизонте.
3. При внесении очень больших доз навоза (160 т/га) отмечается миграция
гумусовых веществ вглубь профиля, что не позволит растениям в дальнейшем
использовать накопленные вещества, значит, вносить единовременно такие количества органических удобрений бессмысленно.
4. Несмотря на значительное обогащение почв органическим веществом,
направление почвообразования идет в них по зональному типу, причем различия, вызванные внесением удобрений, компенсируются с течением времени.
5. Даже через 7 лет после внесения удобрений, количество дисперсного
гумуса на делянках с удобрениями ещё сильно отличается от контроля, причем
распределение гумуса в пахотном горизонте в контроле неравномерное, а на
других делянках – равномерное.
6. Количество и размер конкреций в верхних горизонтах почвы контроля
и почв с делянок с удобрениями с течением времени почти выровнялись.
7. Вероятно, для поддержания положительного эффекта от органических
удобрений целесообразно их повторное внесение.
348
УДК 633.1:551.58
ПРИНЦИПЫ ЦЕЛЕСООБРАЗНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ
КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ КЛИМАТА
М. В. Николаев, Агрофизический НИИ Россельхозакадемии
Общеизвестно, что зерновые культуры являются основой продовольственного рынка России. Поэтому целесообразное размещение их посевов в
условиях изменяющегося климата приобретает очень важное значение как с
точки зрения повышения общей продуктивности земледелия, так и получения
гарантированного объема зерновой продукции по годам путем максимального
использования агроклиматического потенциала пригодных для возделывания
территорий. Фактически, достижение этих двух целей может рассматриваться в
качестве основополагающих принципов перспективного размещения.
К другим принципам необходимо отнести:
 учет пространственной неоднородности в распределении ресурсов тепла
и влаги;
 учет ограниченности пригодных для возделывания зерновых культур
почв;
 учет адаптивных возможностей разных культур (например, к недостатку
света, низкому естественному плодородию почв и др.);
 учет толерантности видов и сортов зерновых культур к воздействию экстремальных климатических факторов (засухе, вымерзанию и др.), а также
сортовой резистентности к проявлению климатически обусловленных
рисков поражения растений вредителями и болезнями.
Хотя зерновые культуры имеют широкие ареалы возделывания, все же их
посевы далеко не всегда размещены в оптимальных по климату регионах. Значительный процент посевных площадей под зерновыми располагается в зонах,
где ресурсы либо тепла, либо влаги могут резко ограничивать их продуктивность. Однако, при изменении климата границы таких зон могут претерпевать
существенные пространственные сдвиги, равно как может наблюдаться существенное перераспределение погодно-климатических рисков внутри этих зон.
Для оценки возможностей более целесообразного размещения культур и
сортов анализировались как наблюдаемые, так и ожидаемые по климатическим
сценариям изменения агроклиматических условий в ближайшие десятилетия.
Сценарии основывались на двух независимых способах предсказания климата –
с помощью численного моделирования общей циркуляции атмосферы и океана
(транзитивные модели ECHAM5, HadCM3) и использования метода палеоклиматических аналогов.
Согласно модельным оценкам, предсказываемое увеличение сумм активных температур и достигающих определенных пороговых значений биоклиматических температур по Д. А. Шашко (1985), будет способствовать расширению зон возделывания некоторых ценных сортов и видов культур в пределах
Нечерноземья. Так, например, прирост сумм температур на 200–300°С может
обеспечить возможность для расширение площадей под раннеспелые и средне349
спелые сорта ярового ячменя и овса в среднетаежной зоне, преимущественно в
поймах северных рек на луговых и аллювиальных почвах. В то же время, в южнотаежно-лесной зоне открываются перспективы для культивирования раннеспелых сортов гречихи и проса, а также высокоурожайных гибридов кукурузы
на зеленый корм.
Однако в районах Нечерноземья с климатически обусловленными продолжительными и многоснежными зимами в будущих условиях следует ожидать учащение выпревания озимой ржи и озимой пшеницы. Для такой оценки
предложен климатический индикатор влажности зим (2010), основанный на соотношении сумм осадков за холодный период с соответствующими суммами
температур, который обнаруживает достоверную положительную корреляцию с
частотой выпревания по В. А. Моисейчик (2004). В таблице 1 приведены оценки процентного изменения данного индикатора по разным сценариям климата,
свидетельствующие об его увеличении по мере продвижения в будущее.
Таблица 1. Изменение климатического индикатора влажности зим в % от
современного значения по разным сценариям климата.
(Зона повышенного риска выпревания)
ПриродноECHAM5
сельскохозяйственная
A2
провинция
2011–2030
Среднерусская южнотаежно-лесная (во+11%
сточная)
Западно-Сибирская
+9%
южнотаежно-лесная
ECHAM5
B1
2011–2030
Палеоаналог
2020–2030
ECHAM5
A2
2031–2050
ECHAM5
B1
2031–2050
+29%
+45%
+45%
+44%
+23%
+40%
+38%
+36%
В более южных и сухих регионах России, где посевы зерновых культур
сконцентрированы на черноземах и каштановых почвах, их целесообразное
размещение, наряду с условиями перезимовки, будет в значительной степени
определяться ожидаемыми изменениями режима увлажнения.
Произведенные оценки показывают, что во внутриконтинентальной области степей (Заволжье, юг Урала и Западной Сибири) с климатически обусловленными морозными и малоснежными зимами повторяемость вымерзания посевов озимой пшеницы и озимого ячменя ожидается к снижению. Такое заключение следует из анализа сопряженности между изменением климатического
индикатора суровости зим (представляющим отношение сумм отрицательных
температур к соответствующим им суммам осадков) (2011) и частотой вымерзания по В. А. Моисейчик (2004). Процентное изменение этого индикатора иллюстрирует таблица 2.
350
Таблица 2. Изменение климатического индикатора суровости зим в % от
современного значения по разным сценариям климата.
(Заволжье, юг Урала и Западной Сибири)
ПриродноECHAM5 ECHAM5
сельскохозяйственная
A2
B1
зона
2011–2030 2011–2030
Лесостепная
–12%
–24%
Степная
–17%
–34%
Сухостепная
–23%
–42%
Палеоаналог
2020–2030
–33%
–35%
–43%
ECHAM5 ECHAM5
A2
B1
2031–2050 2031–2050
–42%
–32%
–44%
–36%
–54%
–48%
Для оценок частоты засух на ближайшую перспективу предварительно
оценивалась их повторяемость в современных условиях. Для этой цели построена достоверная статистическая связь (2009) между пространственным распределением значений ГТК за май-июль и временными интервалами τ 95%-й
обеспеченности засухи, определенными Ю. Л. Раунером из средней плотности
потока засушливых лет (1981).
Ввиду того, что существует неопределенность в оценках будущих осадков, сравнение частоты засух производилось по двум сценариям: а) более гумидного климата (палеоаналоговая модель) и б) более аридного климата (модель HadCM3) – таблица 3.
Таблица 3. Временные интервалы τ (в годах) между наступлением засух
высокой/средней интенсивности для современных условий и сценариев
более гумидного и более аридного климатов
τ
(современный
климат)
τ
Палеоаналог
Природно-сельскохозяйственная зона
2020–2030
(гумидный
климат)
Среднерусская возвышенность и Предкавказье
Лесостепная
11
13
Степная
8
11
Сухостепная
6
9
Среднее и Нижнее Поволжье
Лесостепная
10
11
Степная
6
9
Сухостепная
4
6
Полупустынная
3
4
τ
HadCM3
2020–2030
(аридный
климат)
8
6
4
7
4
2
2
Конечно, реализация сценария более гумидного климата могла бы благоприятствовать возможностям расширения посевных площадей под более продуктивные культуры и сорта. Но если предположить, что все-таки реализуется
сценарий более аридного климата, то временной интервал τ между последующими засухами заметно сократится. Таким образом, в районах Поволжья,
наиболее чувствительных к воздействию засух, их повторяемость значительно
возрастет. В свою очередь, это вызовет резкие межгодовые колебания урожайности и потребует существенной корректировки в размещении культур и сортов.
351
Следует отметить, что в изменяющихся климатических условиях также
неизбежно возрастание климатически обусловленных рисков проникновения
вредоносных организмов в новые районы при одновременном росте их численности и, кроме того, предсказываемый значительный рост зимних температур
будет способствовать акклиматизации их зимующих видов. Для выявления потенциально уязвимых территорий осуществлена модификация метода пространственных аналогов. В качестве основных критериев аналогии положено
сходство годового хода температуры воздуха, количества осадков и типа почв в
современном и будущем климатах (2007). Картографическая интерпретация такого подхода в виде поля векторов показывает, что «перенос» условий может
осуществляться в направлении с юго-запада на северо-восток.
С учетом изложенного, целесообразное размещение посевов зерновых
культур для обеспечения общего повышения продуктивности и минимизации
потерь зерновой продукции из-за факторов риска в условиях изменяющегося
климата может осуществляться посредством:
 смещения посевов некоторых более продуктивных (или ценных в хозяйственном отношении) культур и сортов по направлению к высоким широтам;
 расширения площадей под сорта, резистентные к снежной плесени и гнилям в областях, где зимы ожидаются еще более мягкими и влажными;
 перехода с озимых на яровые формы культур в некоторых районах, где
частота выпревания культур в будущем ожидается очень высокой;
 расширения площадей под озимые сорта в зоне повышенного риска вымерзания посевов вследствие ожидаемого смягчения суровости зим (при
одновременном испытании более продуктивных сортов на их толерантность к вымерзанию для оценки перспектив их последующего районирования);
 расширения площадей под толерантные к засухе сорта в зоне с неустойчивым характером атмосферного увлажнения;
 перехода на культуры, потребляющие мало влаги (например, просо и сорго), также как и на солевыносливые сорта, в районах, где ожидается усиление засушливости;
 повсеместное расширение площадей под сорта высоко резистентные к
вредителям и вирусам в связи с прогнозируем усилением их вредоносности и распространением в новые территории при изменении климата.
Литература:
1. Моисейчик В. А и др. Оценка агрометеорологических условий перезимовки и формирования урожая озимых культур с учетом изменения климата в России за последние 50 лет. Раздел 1.9 в кн.: « Глобальные проявления изменений климата в агропромышленной сфере», М.:
Изд-во РАСХН, 2004, С. 127–154.
2. Николаев М. В. О применимости метода пространственных аналогов для оценки влияния
изменений климата на агроэкологические условия в пределах Северо-Запада РФ. С. 147–153.
В кн.: «Методики и подходы для эмпирической базы адаптивно-ландшафтных систем земледелия». Изд-во ПИЯФ, 2007.
352
3. Николаев М. В. Оценка риска вымерзания культур в континентальных районах России при
изменении климата / Материалы Всероссийской научной конференции (с международным
участием) «Методы оценки сельскохозяйственных рисков и технологии смягчения последствий изменений климата в земледелии», Санкт-Петербург, 13–14 Октября 2011 г. – СПб.:
АФИ, 2011. С. 105–109
4. Раунер Ю. Л. Климат и продуктивность зерновых культур. М.: Наука, 1981. 163 с.
5. Шашко Д. И. Агроклиматическое районирование СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1985, 247 с.
6. Nikolaev M. V. Adaptation of crop management practice to climate change in Russia. Extended
Abstracts of International Symposium “Impact of Climate Change and Adaptation in Agriculture”,
Vienna, 22–23 June 2009. – Eds.: J. Eitzinger and G. Kubu, BOKU – Met Report 17, 2009. P. 85–
90.
7. Nikolaev M. V. Impact of climate change on agriculture in North-West Russia and adaptation
options. In: “Advances in Environmental Modeling and Measurements”. Chapter 20. P. 223–231,
Nova Science Publishers, Inc., New York, 2010.
353
УДК 631.524.85:631.529:551.583
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ
КЛИМАТА
Л. Ю. Новикова1, В. Н. Дюбин1, И. В. Сеферова1, И. Г. Лоскутов1,2,
Е. В. Зуев1, Л. Г. Наумова3
1
ГНУ ВИР Россельхозакадемии, Санкт-Петербург
2
СПбГУ: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
3
ВНИИВиВ им. Я. И. Потапенко Россельхозакадемии, Новочеркасск
Изменения климата являются важным фактором стратегического управления устойчивым развитием сельского хозяйства регионов Российской Федерации. Для растениеводства в частности важно как прогнозирование урожайности районированных ранее сортов, так и долгосрочное планирование структуры
посевных площадей регионов с учетом наблюдающихся трендов агроклиматических характеристик. Целью данной работы было рассмотрение возможностей
регрессионных моделей, в том числе в последовательных разностях, для прогнозов хозяйственно ценных признаков культур и расчета температурных требований сортов.
Материалом исследования послужили сорта овса, яровой пшеницы, сои,
используемые как стандарты при оценке коллекции ВИР им. Н.И.Вавилова на
четырех контрастных по климатическим условиям станциях ВИР (табл. 1) и
изученные по основным хозяйственно ценным признакам в течение последних
30 лет; девять скороспелых образцов сои со слабой фотопериодической реакцией, оцененные в условиях Пушкинских лабораториях и Кубанской станции ВИР
в 1999–2010 гг.; 20 сортов винограда различного происхождения из коллекции
ВНИИВиВ (г. Новочеркасск, Ростовская обл.), исследованные по продолжительности вегетационного периода (от начала распускания почек до полной
зрелости ягод) в 1981–2011 гг. Использованы данные ближайших метеостанций.
Методы. Анализ временных рядов в разностях активно развивается в
современных экономических исследованиях [2]. С помощью этого метода решается проблема очистки связей динамических рядов от ложных корреляций,
возникающих при воздействии на исследуемые ряды систематических посторонних трендов, например, общего состояния экономики, изменения уровня агротехники. Например, повышение технологического уровня возделывания сои
в Краснодарском крае 2000-х гг. способствовало получению высоких урожаев в
годы с неблагоприятными климатическими условиями [1]. Кроме того, анализ в
разностях дает возможность извлекать дополнительную информацию из синхронных наблюдений за несколькими объектами – «панельными данными» [2].
Предположим, что зависимость хозяйственно ценного признака y в момент
времени t yt аппроксимируется линейной зависимостью от климатической характеристики Kt, с коэффициентом регрессии bK, и yt линейно растет со временем с повышением уровня агротехники со скоростью b:
354
yt  a  bK Kt  bt
Тогда анализ связи приростов переменных за год (разностей уровней соседних лет) позволяет определить коэффициент регрессии исходных уровней bK
хозяйственно ценного признака и климатической характеристики:
t y  yt  yt 1  bK ( Kt  Kt 1 )  b  bK t K  b
При аппроксимации неклиматической тенденции полиномом второго порядка тренд убирается переходом к разностям разностей, т.е. ко вторым разностям [2].
Для характеристики температурных требований сорта и прогнозирования
дат наступления фенофаз используются суммы среднесуточных температур за
вегетацию и суммы эффективных, т.е. превышающих пороговую для данного
периода и сорта температуру [3]. В работе определены температурные требования изученных сортов и исследована точность прогнозов продолжительности
межфазных периодов с их использованием.
Регрессии, в том числе в разностях, были построены в пакете
StatSoftStatistica 6.0 с последовательным включением переменных.
Результаты
Динамика агроклиматических характеристик. Тенденции в динамике
оказавшихся значимыми для дальнейшего моделирования агроклиматических
характеристик (с 1980 г.) приведены в табл. 1. Самый значимый эффект – повсеместный рост сумм эффективных температур выше 5, 10, 15°С, на КОС ВИР
и в условиях ВНИИВиВ и 20°С. Суммы осадков за период с температурами
выше 15°С уменьшились на полях Пушкинских лабораторий, увеличились на
ЕОС ВИР и не изменилось на КОС ВИР и бывшем МО ВИР. Продолжительности периодов с температурами от 10 до 15°С весной увеличились в Пушкинских лаб., от 5 до 15°С – на КОС ВИР.
Динамика хозяйственно ценных признаков. Продолжительность вегетационного периода. Тенденции в динамике вегетационного периода стандартных сортов овса и пшеницы одинаковы на каждой из исследованных станций [4], в табл. 1 приведены средние значения трендов. Уменьшалась продолжительность вегетации стандартов овса и пшеницы в Пушкинских лаб., у 11 из
20 исследованных сортов винограда в Ростовской обл. (у остальных 9 уменьшалась, но недостоверно). Сокращение вегетации происходило за счет сокращения периода выметывание – созревание у овса и пшеницы и периода от
начала созревания ягод до полной зрелости у винограда. В остальных пунктах у
стандартов овса и пшеницы, сои наблюдалась слабая тенденция к увеличению
продолжительности вегетации.
355
Таблица 1. Оценка линейного тренда агроклиматических характеристик и
продолжительности вегетации исследованных сортов овса и пшеницы.
Подчеркнуты значимые изменения.
Место изучения ΣТ15
Пушкинские
11.84
лаб. ВИР, г.СПб
МО ВИР,
17.07
Московская обл.
ЕОС ВИР,
23.60
Тамбовская обл.
КОС ВИР,
17.15
Краснодарский
край
ВНИИВиВ,
15.31
г. Новочеркасск
ΣTэф15 R15 ГТК15 L5 _15 L10 _15 L15_ 10 Культура Lфакт
овес,
4.38 -2.08 -0.02 0.73 0.69 -0.41
-0.35
пшеница
-0.08 овес,
7.93 0.12 -0.26 -0.12 -0.12
0.16
пшеница
овес,
8.15 5.67 0.01 -0.03 0.00 -0.27
0.07
пшеница
овес
0.31
8.93 0.77 0.00 0.43 0.06 -0.16
соя
0.26
Lрасчет1 Lрасчет2
-0.05 -0.45
0.41
-0.43
-0.11 -0.20
-0.86 0.00
0.35
-0.02
9.66 -1.02 -0.01 -0.28 -0.02 -0.05 виноград -0.54 -0.52 -0.36
Обозначения:
ΣT15 ΣTэф15, R15, ГТК15 – соответственно суммы активных, эффективных температур (°С),
осадков (мм) и ГТК за период устойчивого перехода температур через 15°С; L5_15, L10_15 и
L15_10 – продолжительность периода между датами устойчивого перехода температур через
10 и 15°С весной и 15 и 10°С осенью, сут.; Lфакт, Lрасчет1,Lрасчет2 – фактическая, расчетная по
регрессионной модели, климатически обусловленная расчетная продолжительности вегетационного периода (сут.).
Полученные в разностях модели продолжительности вегетационного периода сортов овса и пшеницы имели сходные спецификации и коэффициенты в
каждом пункте, свободные члены уравнений были незначимы. Это дало возможность создать для них обобщенные регрессионные модели [4] для каждой
станции:
Пушкинские лаб.:
ΔL=0.397–0.102ΔΣTэф15
R2=0.68
МО ВИР:
ΔL=0.836–0.052Δ∑Тэф15+0.145ΔL10_15
R2=0.53
ЕОС ВИР:
ΔL=0.090–0.034ΔΣТэф15+0.014ΔR15
R2=0.58
КОС ВИР:
ΔL=–0.851+0.242ΔL5_15–0.013ΔΣTэф15
R2=0.52
Модель динамики вегетационного периода сои на КОС ВИР:
ΔL=0.405+0.236L15_10+9.656ΔГТК15
R2=0.28
Модель динамики вегетационного периода винограда ВНИИВиВ,
г. Новочеркасск:
ΔL=–0.154+0.353ΔL10_15–0.013ΔΣT20
R2=0.69
Здесь ΣТ20 – сумма температур за период устойчивого перехода через
20°С (скорость роста в г. Новочеркасске 27°С/год), остальные обозначения переменных и значения трендов указаны в табл. 1. По этим моделям были рассчитаны прогнозируемые скорости дальнейшего изменения при сохранении тенденций агроклиматических показателей Lрасчет1. Без свободного члена уравнений был рассчитан прогноз климатически обусловленных изменений вегетационного периода Lрасчет2 (табл. 1). Расчетный климатический тренд везде отрицателен из-за роста температур, только для овса на КОС ВИР он нейтрален из-за
роста продолжительности периода с температурами от 5 до 15˚С. Наблюдения
за вегетационным периодом овса на КОС ВИР относятся к 1974 – 1996 гг., ко356
гда агротехническая составляющая была отрицательной, и прогноз с учетом
экономических тенденций Lpасчет1 получился заниженным. Для сои Комсомолка
лучшие модели получились во вторых разностях (здесь не приводятся), что
возможно указывает на наличие сложного неклиматического тренда за 37 лет
наблюдений за сортом [5].
Методом регрессионного анализа было показано, что в условиях лимитирования температурами продолжительность вегетационного периода высоко
(боле 50%) детерминирована суммой эффективных температур. Для 6 сортов
винограда с продолжительным вегетационным периодом не удалось определить нижнюю пороговую температуру вегетационного периода, т.к. в ряде лет
они не имеют возможности набрать необходимую для созревания ягод сумму
температур. Для 9 образцов скороспелой сои со слабой фотопериодической реакцией было показано постоянство сумм эффективных температур на полях
Пушкинских лаб. и Кубанской станции ВИР. Степень детерминации продолжительности вегетации суммами эффективных температур падает в условиях лимитирования осадками в условиях ЕОС ВИР, Тамбовская обл.
Высота растения. Наблюдавшееся уменьшение высоты растений овса и
пшеницы на всех станциях, кроме ЕОС ВИР, связано согласно полученным регрессионным моделям ростом температур, увеличение на ЕОС ВИР связано с
ростом осадков. Высота растения сои уменьшается с уменьшением ГТК10 за период с температурами выше 10°С. Модели формирования высоты, массы 1000
зерен хуже детерминированы климатическими факторами, чем продолжительности вегетации, детерминированность возрастает при переходе к разностям,
что говорит о большей чувствительности этих признаков к агротехническим
воздействиям.
Масса 1000 зерен увеличивалась у сортов овса и пшеницы на ЕОС ВИР, в
остальных пунктах показала разнонаправленные тенденции. Для ряда стандартов не удалось построить модели с приемлемым (больше 50%) коэффициентом
детерминации. По получившимся моделям масса 1000 зерен растет с ростом
осадков, уменьшается с ростом температур и сокращением продолжительности
генеративной фазы.
Масса зерна с квадратного метра овса и пшеницы стандартных сортов увеличилась на ЕОС ВИР, уменьшилась у овса на КОС ВИР, не показала достоверных изменений в Пушкинских лаб. и МО ВИР. Регрессионные модели показывают, что с климатическими условиями этот показатель связан опосредованно,
обладает выраженной зависимостью от высоты растения, и от массы 1000 зерен. Урожайность сои Комсомолка на КОС ВИР не изменилась, что связано с
отсутствием тенденции у определяющего ее ГТК10. Таким образом, с ростом
температур и уменьшением осадков можно прогнозировать уменьшение высоты растений, массы 1000 зерен и урожайности всех исследованных сортов.
Выводы:
1. За период 1980–2011 гг. отмечено сокращение продолжительности вегетационного периода зерновых культур в условиях Пушкинских лабораторий
ВИР, удлинение на ЕОС ВИР, практически неизменный уровень в МО ВИР и
357
КОС ВИР. У всех 20 рассмотренных сортов винограда различного происхождения из коллекции ВНИИВиВ в Ростовской обл. наблюдается сокращение периода от распускания почек до полного созревания ягод.
2. Регрессионный анализ показывает решающую отрицательную роль роста сумм температур выше 10, 15, 20°С в динамике хозяйственно ценных признаков исследованных культур, в условиях недостаточного увлажнения ЕОС
ВИР существенным фактором было повышение осадков за этот период.
3. В условиях определяющей роли температур для развития растений
продолжительность межфазных периодов сортов может быть рассчитана с помощью сумм эффективных температур.
4. Метод последовательных разностей увеличивает прогностические возможности регрессионного анализа климатической зависимости хозяйственно
ценных признаков.
5. Прогнозируется сокращение вегетационного периода и урожайности
районированных ранее сортов яровых зерновых, связанное с ростом эффективных температур выше 15°С, частично оно может быть компенсировано ростом
осадков (ЕОС ВИР). В 2000-е гг. наблюдалось компенсирующее влияние агротехнических трендов на всех станциях ВИР.
6. На основе полученных моделей можно прогнозировать, что в случае
продолжения наблюдающегося потепления будут востребованы более позднеспелые сорта.
Литература
1. Баранов В. Ф. Проблемы стабилизации продуктивности агроценозов сои в связи с глобальными изменениями климата. / Современные проблемы селекции и технологии возделывания сои (Сборник статей 2-й международной конф. по сое, Россия, Краснодар, 9–10 сентября 2008 г.) Краснодар, 2008, С. 253–256.
2. Елисеева И. И. и др.; под ред. Елисеевой И. И. Эконометрика. М.: Финансы и статистика,
2007. 576 с.
3. Мищенко З.А. Агроклиматология. Киев: КНТ, 2009. 512 с.
4. Новикова Л. Ю., Дюбин В. Н., Лоскутов И. Г., Зуев Е. В., Сеферова И. В. Моделирование
динамики хозяйственно ценных признаков сортов зерновых культур в условиях изменения
климата // Агрофизика, СПб, 2011, 4: 1–9.
5. Сеферова И. В., Новикова Л. Ю., Некрасов А. Ю. Оценка реакции сои сорта Комсомолка
на изменения климата в Краснодарском крае // Масличные культуры, 2011, 1(146-147):72–77.
358
УДК 631.675
ПЛАНИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ОРОШЕНИЯ С УЧЕТОМ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
Г. В. Ольгаренко, Т. А. Капустина,
ФГБНУ ВНИИ «Радуга»
В России более 70% всех сельскохозяйственных угодий расположены в
зонах недостаточного или неустойчивого естественного увлажнения, а в степной и сухостепной зонах, соответственно, каждый третий и второй годы являются засушливыми. Выход продукции с орошаемого гектара в 2–5 раз выше,
чем с богарного, а производительность труда, эффективность использования
природных и материально-технических ресурсов, в том числе удобрений, увеличивается в 2–3 раза. Орошаемые земли, составляя менее 5% площади пашни,
дают от 10% до 20% всего урожая. В настоящее время, более 80% овощей, 20%
кормов и весь рис производятся на орошаемых землях.
На всех совещаниях ФАО и МКИД, проводимых в 1990–2011 годах, подчеркивается, что рациональное использование воды обеспечивает не только высокую экономическую эффективность орошения, но и его экологическую безопасность. Мировой и отечественный опыт научно-производственной деятельности в отрасли мелиорации и водного хозяйства показывает, что за счет совершенствования методологии планирования водопользования эффективность
орошения может быть повышена на 40…50%, поэтому главной задачей при
эксплуатации гидромелиоративных систем является точное нормирование водопотребления сельскохозяйственных культур и рациональное управление водными ресурсами при проведении поливов [1, 2].
B России и за рубежом существует множество разнообразных информационных систем и моделей планирования орошения, точность которых зависит
как от качества компьютерной техники, так и от того, насколько комплекс при
меняемых моделей адекватен процессам, происходящим на полях в конкретных
почвенно-климатических условиях.
Нормирование орошения проводится с применением метода водного баланса, динамика элементов которого определяется большим количеством вероятностных гидрометеорологических и технологических факторов, подчиняется
нелинейным и циклическим закономерностям распределения. Радиационный
баланс, испаряемость, осадки, температура, влажность воздуха, почвенные влагозапасы значительно изменяются в пространстве и во времени, а их изменчивость, в свою очередь, оказывает сильное влияние на режим орошения и урожайность сельскохозяйственных культур, величину суммарного испарения, поверхностного стока и инфильтрации [3, 4, 5]. Количественные показатели изменчивости климата, включая их сезонное распределение, до сих пор еще слабо
изучены, в связи с чем определение закономерностей пространственновременного распределения гидрометеорологических факторов в разных природно-климатических зонах является актуальной проблемой.
359
Концепция исследований ФГБНУ ВНИИ «Радуга» по совершенствованию методологии планирования водопользования заключается в том, что только разработка методов расчета, использующих комплексную информацию о
метеорологических, почвенных, гидрогеологических условиях, биологических
особенностях сельскохозяйственных культур, влажности почвы в сочетании с
применением закономерностей статистического анализа для оценки характера
пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических факторов,
может служить научной базой для проектирования оросительных систем и оперативного управления поливами, обеспечивающей высокую эффективность и
экологическую безопасность технологий орошения [6, 7].
Многолетние исследования применительно к задачам планирования водопользования включали: информационно-аналитические и экспериментальные
исследования, сбор, формирование базы гидрометеорологических данных за
многолетний период, разработку методик прогнозирования испаряемости и
суммарного испарения, планирования орошения и оценки показателей тепловых ресурсов и влагообеспеченности, изучение закономерностей изменения
климатических факторов в многолетнем периоде по метеостанциям регионов
Российской Федерации. Информационная база данных включает многолетние
наблюдения 200 метеостанций (длительность наблюдений 35–60 лет) по различным регионам Российской Федерации.
В качестве комплексного показателя, характеризующего агроклиматические условия, используется коэффициент природного увлажнения Ку, который
наиболее объективно характеризует связь энергетического и водного балансов.
Ку 
Wa  P
E
(1)
где: Ку – коэффициент природного увлажнения за период с t≥5°С; Wа – активные запасы влаги в метровом слое почвы на начало расчетного периода, мм; Р –
сумма атмосферных осадков за расчетный период, мм; Е– испаряемость (потенциальная эвапотранспирация) за тот же период, мм.
Для моделирования кривых периодических колебаний гидрометеорологических условий и комплексных показателей, характеризующих тепло-, влагообеспеченность вегетационных периодов в многолетнем разрезе, использовано уравнение «сплайн-функции». Зависимости, характеризующие изменчивость
гидрометеорологических факторов с учетом цикличности колебаний за многолетний период, имеют вид:
F(t)=a0+a1t+a2t2+aK1cos(tw1)+aK2 cos (tw2)+aK3 cos (tw3)+bK1 sin (tw1)+
+bK2 sin(tw2)+bK3 sin(tw3),
(2)
где: а0, а1, а2, аК1, аК2, аК3, bK1, bK2, bK3 – коэффициенты, определяющиеся методом наименьших квадратов; w1,2,3 – частота периода, определяющаяся при анализе всего диапазона Т1,2,3  [1,N] с шагом 0,25, где N – количество расчетных
периодов.
На основе данных метеостанций за 30–60 лет получены закономерности
пространственно- временной изменчивости тепло-, влагообеспеченности веге360
тационных периодов для различных регионов России. Как пример представлены уравнение (3) и график (рис. 1) по данным метеостанции Коломна за 60 лет
наблюдений:
Ку=0,8868+0,013∙t+0,0001∙t2+0,094∙sin∙(t∙1,79)+0,102∙sin∙(t∙0,48)+
+0,187∙sin∙(t∙0,23)+ 0,07∙cos∙(t∙1,79) –0,003∙cos∙(t∙0,48)+
0,087∙cos∙(t∙0,23),
(3)
где: t – порядковый номер члена ряда
Ку
Коэффициент
природного
Ку
Коэф ф ициент
увлувлажнения
ажнения Ку
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
- Ф актичес кие данные
2010
2007
2004
2001
1998
1995
1992
1989
1986
1983
1980
1977
1974
1971
1968
1965
1962
1959
1956
1953
1950
0,0
годы
- Тренд
Рисунок 1 – Изменчивость коэффициента природного увлажнения во времени
При оперативном планировании орошения необходима информация о величине испарения с сельскохозяйственных полей, знание не только величины
среднегодового испарения, но и его распределения внутри вегетационного периода по месяцам, декадам, фазам развития сельскохозяйственных культур. Исследования закономерностей внутри сезонной динамики водного режима и составляющих водного баланса почвы, влияния на суммарное испарение пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических условий проводились на основе данных полевых опытов и метеостанций Приволжского,
Уральского, Сибирского, Центрального, Южного и Северо-Кавказского федеральных округов за 30–50-летний период.
В общем виде, исследовались причинно-следственные связи в системе:
ЕТ  f (РW ; r; t  Еw)
(4)
где: ЕТ , Т ; r; Еw представляют разность между фактическими значениями и
среднестатистическими показателями: ЕТ – суммарное испарение, мм; r –
относительная влажность воздуха, %; Р – осадки, мм; E – испаряемость, мм; t –
среднесуточная температура воздуха, °С,  PW – дефицит естественного
увлажнения.
На основе проведенных расчетов получены уравнения полинома 3-й степени, которые характеризуют изменение отклонений суммарного испарения от
среднемноголетних значений  ЕТ = ЕТ – ЕТ , в связи с изменением величины
361
отклонений дефицита увлажнения от среднемноголетних значений
 РW = РW – PW (рис. 2).
ЕТ, РW – суммарное испарение и дефицит естественного увлажнения
для конкретных лет; ЕТ , PW – среднемноголетние величины суммарного
испарения и дефицита естественного увлажнения.
Отклонение суммарного
испарения
y = 1E-05x 3 - 0,0006x 2 + 0,1935x + 58,96
200
150
100
50
0
-300
-200
-100
-50
0
100
200
300
-100
Отклонение дефицита естественного увлажнения
Рисунок 2 – График зависимости величины отклонений суммарного испарения У
(  ЕТ) от величины отклонений дефицита естественного увлажнения Х (  РW)
Модель пространственно – временной изменчивости Ку в многолетнем
разрезе использована при долгосрочных прогнозах оросительных норм и
урожайности сельскохозяйственных культур, для проектирования оросительных систем и оценки степени риска потерь урожайности от неблагоприятных
климатических факторов.
Разработан полуэмпирический метод расчета суммарного испарения и
режима орошения агробиоценозов, основанный на совместном решении уравнения водного баланса и математических зависимостей, позволяющих учесть
влияние изменчивости гидрометеорологических факторов на режим испарения
для конкретных фаз развития растений.
Оперативное планирование режимов орошения производится на основе
учета информации об агроклиматических характеристиках, влагозапасах в почве, влагообмене в зоне аэрации, величине водоподачи, гидрологических параметров почво-грунтов, а также фаз развития растений. Ошибки при определении конечных влагозапасов не превышают ± 5%, корреляционное отношение не
ниже 0,9, а коэффициент качества предложенной методики не превышает 0,5,
что говорит о достаточно высокой точности и возможности применения расчетного метода в практике орошаемого земледелия для оперативного планирования поливов.
Предложенная методика позволяет учитывать изменчивость условий
внешней среды и обеспечивает наиболее точное отражение динамики суммарного испарения, а, следовательно, расчет режима орошения. В целях дальней362
шего совершенствования методики рас четов требуется получение достоверного эмпирического материала на основе проведения комплексных водобалансовых и агрометеорологических исследований системы: почва – растение – атмосфера с количественной оценкой влияния изменчивости гидрометеорологических факторов на интенсивность влагообмена в зоне аэрации, влияния влажности почвы на суммарное испарение и урожайность посевов сельскохозяйственных культур, и параметры моделей планирования орошения.
Литература
1. Щедрин В. Н. Орошение сегодня: проблемы и перспективы. – М.: ФГНУ ЦНТИ
«Мелиоводинформ», 2004. – 255 с.
2. Кирейчева Л. В., Носов А. К., Носов К. Н., Юрченко И. Ф. Развитие орошения в Южном федеральном округе для обеспечения гарантированной кормовой базы животноводства:
Научное издание. – М.: ГНУ ВНИИГиМ, 2009. – 152 с.
3. Константинов A. P., Струнников Э. А. Нормирование орошения: методы, их оценка,
пути уточнения // Гидротехника и мелиорация. 1986. № 1,2.
4. Остапчик В. П. Информационно-советующая система управления орошением. – К.:
Урожай, 1989. – 248 с.
5. Ольгаренко В. И., Ольгаренко Г. В., Рыбкин В. Н. Эксплуатация и мониторинг мелиоративных систем / Под ред. В. И. Ольгаренко. – Коломна: Инлайт, 2006. – 391 с.
6. Оросительные нормы (нетто) и их внутрисезонное распределение для основных
сельскохозяйственных культур по Федеральным округам Российской Федерации. – Коломна:
ФГНУ ВНИИ «Радуга», 2007. – 230 с.
7. Расчет режимов орошения сельскохозяйственных культур и проектных норм водопотребности: Методические рекомендации / Под общ. ред. Г. В. Ольгаренко. – Коломна:
ФГБНУ ВНИИ «Радуга», «Инлайт», 2012. – 151 с.
363
УДК 631.43
ВОЗДЕЙСТВИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА
АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАЛОГУМУСНЫХ ПОЧВ
А. М. Пестряков,
ГНУ Рязанский НИИСХ Россельхозакадемии
Для получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных
культур на малогумусных тяжелосуглинистых почвах необходимо улучшать их
агрофизическое состояние.
Решение этой задачи возможно достичь за счёт, в первую очередь, увеличения поступления в почву ежегодно свежего органического вещества, наращивания содержания гумуса, применения рационально построенных систем обработки почвы, научно-обоснованных севооборотов, использования удобрений,
мелиорантов, прогрессивных агротехнологий возделывания сельскохозяйственных культур.
Оптимизация физических свойств малогумусных тяжелосуглинистых
почв (серых, тёмно-серых лесных и части чернозёмов) достигается при существенном уменьшении различий между оптимальным и фактическим содержанием гумуса, водопрочных агрегатов, плотности сложения почвы в корнеобитаемом слое.
В деградированных почвах Центрального региона, в том числе и Рязанской области значительные площади подвержены эрозии, имеют низкое содержание гумуса и их можно отнести к почвам с содержанием гумуса меньше минимального (Б. М. Когут, 2003).
Тёмно-серая лесная тяжелосуглинистая почва опытного поля содержит в
пахотном слое 2,88–2,94% гумуса, равновесная плотность – 1,45 г/см3, а чернозём оподзоленный содержит –3,67% гумуса, равновесная плотность равна –
1,458 г/см3.
Таким образом, содержание гумуса у этих деградированных почв меньше
нижнего порога –3,50 и 4,5% оптимального значения, а равновесная плотность
превышает оптимальную величину для возделываемых культур.
На содержание гумуса существенное влияние оказывают растения и
структура сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах.
Содержание гумуса в тёмно-серой лесной почве, (в зернопропашном севообороте с полем чистого пара) без внесения удобрений, снизилось за 18 лет
до 2,89% или на 0,037%. В этом же севообороте на варианте с применением
минеральных удобрений и 30т/га навоза в паровом поле наблюдается прирост
гумуса до 3,04% или на 0,105%.
При насыщении севооборота многолетними травами до 33,3% наблюдается стабилизация гумуса, а при внесении минеральных удобрений происходит
увеличение на 0,028–0,032% (абс.). В сидеральном севообороте в котором значительно больше поступает органического вещества содержание гумуса увеличилось на 0,098% (абс. значение).
364
В целом по севооборотам на варианте с применением удобрений, которые
способствуют увеличению биомассы растений, содержание гумуса достигло
3,02–3,04%, при исходном – 2,93–2,95%. Запасы гумуса в слое 0–30 см выросли
на 5,5–6,1 т/га.
Содержание структурных агрегатов в значительной мере определяет агрофизическое состояние плодородия почвы. В процессе структурообразования
принимают участие многие факторы, но ведущее значение принадлежит поступлению органического вещества и биологическим процессам, протекающим
в почве.
Решающее значение, как мы отметили, в создании водопрочной структуры играет решающую роль поступление растительных остатков, продуктов
жизнедеятельности корневой системы растений.
Растительных остатков в опыте больше всего у бобово-злаковых многолетних трав, на варианте без удобрений – 99,4 ц/га, вар. с удобрением – 119ц/га
(сух. масса), злаковых трав соответственно – 60,8 и 99,4ц/га, клевера – 69,5 и
69,5, кукурузы – 63,5 и 76,2, озимой пшеницы – 45,4 и 53,1, яровой пшеницы –
36,5 и 41,0, ячменя – 30 и 40,2, овса – 25,2 и 35,7ц/га.
В целом за ротацию севооборотов, за счёт растительных остатков, ПКО,
зелёной массы сидератов, соломы в почву поступает 6,6–12,6 т/га углерода или
по 1,1–2,1 т/га в год. Это позволяет компенсировать потери от эрозии, минерализации гумуса почвы.
Установлено, что произошло увеличение содержания водопрочных агрегатов с 31,6–31,8% (исх.) до 43,0–48,6%. Большее значение – 48,6% отмечено в
севообороте с насыщением многолетними бобовыми, бобово-злаковыми травами.
Наблюдается улучшение строения почвы, увеличение пористости аэрации
до 18,7%, при исходном – 7,9–9,3%.
Лучшие показатели пористости аэрации в посевах озимой пшеницы по
предшественникам: клеверу 2 г.п. – 14,4–8,7%. По злаковым травам – 14,5–
17,4%, по бобово-злаковым травам – 14,6–16,4%, меньше параметры пористости в севообороте с чистым паром – 14,1–15,3%.
Равновесная плотность сложения почв в Рязанской области у большинства типов и подтипов значительно выше оптимальной для культурных растений.
Культуры, обеспечивающие поступление большего количества органического вещества в почву, а также применение органических и минеральных
удобрений (в результате увеличивается поступление пожнивно-корневых
остатков, соломы в почву) положительно влияют на снижение плотности сложения.
В посевах озимой пшеницы плотность почвы в слое 0-30см различалась
по предшественникам. Меньше плотность по клеверу 2 г.п., на вар. без удобрений – 1,406 г/см3 и 1,386г/см3 на вар. с удобрением, по злаковым травам соответственно – 1,415 и 1,402, по бобово-злаковым травам – 1,425 и 1,400, а в севообороте без трав, по чистому пару – 1,438 и 1,444 г/см3. Как видим, на вари365
антах где больше поступает органической массы в почву плотность сложения
меньше.
Обогащение почвы свежим органическим веществом, применение удобрений способствует увеличению полевой влагоёмкости с 26 до 29,1%.
Необходимо отметить, что подпахотный слой (20–30 см) тёмно-серых
лесных почв в большинстве случаев сильно уплотнён (плотность может достигать 1,55–1,60г/см3). Это приводит к тому, что в таких случаях жизнедеятельность сельскохозяйственных культур обеспечивается только за счёт пахотного
слоя. Корневая система в основном располагается в слое 0–20 см и не может
проникнуть глубже, за исключением небольшого количества корней, в результате этого влага и питательные вещества оказываются недоступными.
Внесением только органических удобрений невозможно полностью
устранить разницу (0,18–0,25 г/см3) между равновесной и оптимальной плотностью этих почв.
Возникает необходимость в механическом разрыхлении путём проведения глубоких обработок (с учётом гумусированности почвы по профилю).
В опыте на чернозёме оподзоленном установлено, что применение разноглубинной обработки (два раза за ротацию вспашка на 27см дополненная рыхлением чизелем и вспашка на 30 см 2-х ярусным плугом ПЯ-3-35) оказывали
положительное влияние на агрофизическое состояние. К примеру, плотность
почвы под озимой пшеницей (ср. за 2007, 2008 гг.) равна – по глубоким обработкам 1,374–1,377 г/см3, по минимальной дополненной чизелеванием на 27 см
– 1,398 г/см3 , а по обработке плоскорезом – 1,444 г/см3 .
В последействии, через год плотность почвы в слое 0–30 см, соответственно была равна – 1,409–1,413 г/см3, по плоскорезной – 1,460 г/см3.
Пористость общая соответственно – 43,1–53,6%. 51,2%, 50,1%, пористость аэрации выше по последействию глубоких обработок – 19,3–19,8%, по
минимальной – 15,5%, по плоскорезной значительно меньше – 14,2%.
При сильном уплотнении степень аэрации снижается до 15 и меньше
процентов, что приводит к уменьшению активности микроорганизмов, особенно в слое 20–30 см, снижению в этом слое нитратов (А. И. Шевлягин, 1979).
Периодически проводимую глубокую вспашку следует рассматривать и
как агроприём позволяющий проводить запашку органической массы в нижнюю часть пахотного слоя. При этом органическое вещество попадает в полуанаэробные условия, способствующие лучшему образованию гумуса, чем при
заделке органической массы в верхний слой почвы, где из-за обилия притока
кислорода быстро происходит «сгорание», меньше образуется при этом гумуса.
Более эффективной является разноглубинная обработка при стремлении
увеличить содержание гумуса в почве. Спустя 18 лет содержание гумуса увеличилось на 0,34–0,35% (абс. значение). Прирост гумуса в слое 0–30 см составил
+5,5–5,7т/га, по минимальной обработке +0,5т/га, по обработке плоскорезом
+2,7т/га.
366
УДК 631:415.8+461+81.036
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА БИОИНДИКАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ
СОСТОЯНИЯ МЕЛИОРИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ
Рабинович Г. Ю.,
ГНУ ВНИИМЗ Россельхозакадемии
Осушаемые земли гумидной зоны РФ, отличающейся непостоянством
климатических условий, требуют постоянного пристального внимания, особенно те из них, которые в силу разных причин длительное время не использовались по прямому назначению, поэтому существует настоятельная необходимость в реконструкции или ремонте дренажных сетей. Последующее использование таких земель должно предварять тестирование их состояния, так как пренебрежение этим правилом может способствовать совершенно нежелательной
потере ими продуктивности. При этом должны использоваться такие способы
тестирования, которые, безусловно, помогут выявить качественный уровень
мелиорированных объектов и определиться с необходимостью проведения на
них мелиоративных мероприятий.
Поскольку почва является биокосной системой, оценивать ее состояние
можно как с физико-химических, так и с биологических позиций. При этом
биологическая оценка состояния почвы очень полезна при выявлении целесообразности введения в севооборот длительное время не эксплуатируемых, фактически заброшенных мелиоративных объектов, так как биологическая составляющая почвы позволяет оценить реальную возможность благополучного произрастания на них растений и выделить участки с наиболее оптимальными
условиями.
В представленном материале, выполненном отделом биотехнологий
нашего института в 2011 г., изложены результаты тестирования почв мелиоративного объекта (м/о), расположенного в Калининском районе Тверской области и выведенного из сельскохозяйственного оборота более 15 лет назад. В качестве теста были использованы микроорганизмы и их функциональная активность, которые считаются признанными индикаторами благополучия почв, так
как отражают уровень их плодородия. Выполненные исследования были проведены путем анализа образцов почвы, отобранных с мелиоративного объекта четырежды в течение вегетационного сезона 2011 года.
По влажностному режиму мелиоративный объект четко делится на 3
группы участков: с благоприятным, удовлетворительным и неудовлетворительным режимами влажности. Отмеченное между ними различие было обусловлено нарушением состояния дренажной системы.
В отобранных для анализа образцах почвы по общепринятым методикам
определяли содержание нескольких физиологических групп микроорганизмов,
активность ферментов – оксидоредуктаз и гидролаз, агрохимические показатели.
В вариантах почвы с неудовлетворительным режимом влажности было
обнаружено максимальное содержание плесневых грибов, микроорганизмов ав367
Количество автохтонных микроорганизмов,
млн/г
тохтонной группы, аммонификаторов и представителей других физиологических групп микрофлоры (рис. 1).
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Варианты участков почвы
Рисунок 1 – Содержание автохтонных микроорганизмов (млн.г) в почве м/о:
1, 4, 6, 7 – с неблагоприятным, 8, 9 – удовлетворительным,
2, 3, 5, 10 – благоприятным режимами влажности (далее – обозначения те же)
Таким образом, на участках с неблагоприятным водно-воздушным режимом, благодаря активному развитию микроорганизмов агрономически значимых групп, происходили процессы накопления высокомолекулярных соединений. Распад этих соединений по сравнению с их распадом в почве других групп
участков (с удовлетворительным и благоприятным режимами влажности) преимущественно осуществлялся анаэробной микрофлорой. Следует отметить, что
в почвенных участках с благоприятным водно-воздушным режимом происходило накопление наибольшего количества элементов питания (табл. 1), что
обуславливали уже аэробные процессы.
Обнаружение в почвах спорообразующих микроорганизмов – явное свидетельство формирования неблагоприятных условий, отражающихся на возделываемых культурах. Такие условия были выявлены именно на участках с неудовлетворительным водно-воздушным режимом, на которых в среднем численность бацилл достигала 0,98 млн./г а.с.в. против 0,39 и 0,51 млн./г а.с.в. для
почв с удовлетворительным и благоприятным водно-воздушным режимами соответственно.
368
Таблица 1 – Содержание основных элементов питания (мг/100 г почвы) в почве
м/о
Группы участков почвы
(режим)
1, 4, 6, 7
(неблагоприятный)
8, 9
(удовлетворительный)
2, 3, 5, 10
(благоприятный)
P2O5
K2O
NO3
NH4
N лг
18,83
10,92
0,21
0,96
3,93
15,89
4,58
0,18
0,81
3,98
25,22
14,31
0,42
0,68
9,73
Количество микроорганизмов р.Azotobacter,%
Азотобактер является признанным индикатором окультуренности почв.
Казалось бы, его количество должно быть максимальным в почвах с благоприятным водно-воздушным режимом. Однако на протяжении всего вегетационного периода наибольшее количество этих микроорганизмов было обнаружено на
участках с неудовлетворительным водно-воздушным режимом (рис. 2).
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Варианты участков почвы
Рисунок 2 – Содержание микроорганизмов р. Azotobacter (% комочков обрастания почвы) в
почве м/о
Максимальное количество микроорганизмов рода Azotobacter было выявлено и в варианте 8, относящемся к переходной группе участков с удовлетворительным режимом влажности. Таким образом, на этих участках для развития
азотфиксатора были сформированы наиболее благоприятные условия. Безусловно, к ним следует отнести пониженный уровень анаэробиоза и повышенное позитивно отражающийся на потребностях данного микроаэрофила.
Изучение активности ферментов, участвующих в процессах азоттрансформации (протеазы и уреазы), так же как и в случае с микрофлорой свидетельствовало об их превалировании на участках с неблагоприятным водно369
воздушным режимом (рис. 3). Гидрорежим этих участков обеспечивал к тому
же активные реакции распада углеродсодержащих соединений, протекающие
под действием ферментов целлюлазы и инвертазы.
3,5
Уреазная активность, у.е.
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
варианты участков почвы
Рисунок 3 – Активность фермента уреазы (у.е.) в почве м/о
Весьма информативными показателями являются коэффициенты минерализации (КmC, КmN, ОВК), показанные в таблице 2 и свидетельствующие
о протекающих в почве процессах распада и выноса элементов питания в целом, так как они фактически отражают направление энергетических потоков,
обусловленных противоположными функциями почвенной микрофлоры.
Более значимый уровень минерализации азотсодержащих соединений
происходил в почве с благоприятным водно-воздушным режимом (KmN = 1,21),
а углеродсодержащих – в почве с неблагоприятным водно-воздушным режимом (KmС = 1,86). Поскольку коэффициенты минерализации как по азоту
(KmN), так и по углероду (KmС) участков с удовлетворительным и благоприятным режимами оказались близки к 1, это свидетельствовало о паритете между
процессами распада и синтеза в почвах данных участков. На участке с неблагоприятным водно-воздушным режимом данное наблюдение не работало в отношении коэффициента минерализации по углероду (KmС). Обнаруженный факт
можно рассматривать в качестве спускового механизма потерь такими почвами
гумуса, особенно при их недостаточном обеспечении углеродсодержащими
компонентами, поступающими при нормальном землепользовании со стерней
или с органическими удобрениями.
370
Таблица 2 – Коэффициенты минерализации (у.е.) почв м/о
Группы участков
почвы
(режим)
1, 4, 6, 7
(неблагоприятный)
8, 9
(удовлетворительный)
2, 3, 5, 10
(благоприятный)
KmC :
КОЕ актиномиц.
КОЕ грибов
KmN:
КОЕ исп. Nмин.
КОЕ исп. Nорг.
ОВК:
Акт-ть каталазы
Акт-ть ДГ-азы
1,86
1,06
0,83
1,1
1,13
0,67
1,09
1,21
0,85
ОВК в почвах с благоприятным и неблагоприятным водно-воздушным
режимами практически совпадали: 0,83 и 0,85. Высокий ОВК для почв с неблагоприятным водно-воздушным режимом вполне объясним: он свидетельствует
о напряженности окислительно-восстановительных процессов, обеспечивающих распад накопленных почвами в условиях анаэробиоза высокомолекулярных веществ. В то же время, ОВК в почвах с благоприятным водно-воздушным
режимом может служить свидетельством углубления процессов минерализации, что без притока дополнительного органического вещества (удобрений)
может оказаться неблагоприятным фактором, способствующим потерей почвой
этих участков ее лидирующих позиций. Следует помнить, что минерализация в
почвах с неблагоприятным водно-воздушным режимом обусловлена процессами брожения, имеющими меньший, чем дыхание энергетический выход. Поэтому активизация процессов минерализации в почвах с благоприятным режимом влажности, обусловленная в первую очередь аэробным дыханием, является
тревожным симптомом, особенно на фоне отсутствия средств воспроизводства
плодородия. В связи с этим планируемое использование заброшенных мелиоративных объектов для возделывания сельскохозяйственных культур должно
опираться на восстановление дренажной системы в целом.
371
УДК 631.459.2: 631.43: 631.445.24
СОЗДАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СВЯЗНОСУПЕСЧАНЫХ ПОЧВ ПРИ
ВОЗДЕЛЫВАНИИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ
Радюк А. Э., Останин А. В.
РУП Опытная научная станция по сахарной свекле,
г. Несвиж, Республика Беларусь
Сахарная свекла – одна из важнейших сельскохозяйственных культур в
ряде стран мира, в том числе и в Беларуси, где она является основным источником сахара и субпродуктов. В структуре посевов свекла занимает 95,4 тыс. га
или 2% всех посевных площадей республики. Следует отметить, что возделывание сахарной свеклы локализовано в центральном и юго-западном регионах,
где в отдельных административных районах она занимает более5% от всей
площади пашни. Достаточно высокая зависимость урожайности сахарной свеклы от погодных условий и плодородия почв не может не требовать гибкости агротехнических мероприятий, особенно в условиях ставшего очевидным изменения климата в республике.
Привязанность зоны возделывания сахарной свеклы к центрам переработки обусловила ряд практических задач, связанных с адаптацией
технологии возделывания данной культуры к негативным проявлениям
изменения климата. Усиление водной и ветровой эрозии, связанное с неравномерным выпадением осадков в весенние и летние месяцы, а также сочетанием засушливых и сильно обводненных периодов, способствует проявлению изреженности посевов, на почвах, занятых под возделывание сахарной свеклы,
негативно влияет на урожайность данной культуры, приводит к повреждению
ботвы частицами песка во время пыльных бурь, выдуванию или смыву семян
сахарной свеклы. Ежегодно повторяющиеся в весенний период пыльные бури
приводят к задуванию (выдуванию) до 5–7%, иногда 9–11% посевных площадей, более 15–20% площадей повреждаются частично.
Снизить проявление эрозионных процессов возможно путем создания
оптимальных агрофизических свойств почвы. Агрофизическая характеристика почв является одной из важнейших составляющих оценки их плодородия
и экологического состояния. В агроландшафтах реальными агрофизическими
факторами плодородия являются физические свойства, водный и воздушный
режимы почв, которые при одинаковом гранулометрическом составе могут варьировать в достаточно широком диапазоне даже в пределах одного сельскохозяйственного поля. Развитие и, в конечном итоге, продуктивность сельскохозяйственных культур зачастую определяется агрофизическими свойствами пахотного горизонта почвы, которые в совокупности с другими факторами могут
лимитировать урожайность. Сахарная свекла в этом отношении не является исключением, оставаясь одним из самых требовательных к условиям произрастания культурных растений. При разработке технологии возделывания сахарной
свеклы учитывается целый комплекс параметров почвенного плодородия, кото372
рый нуждается в постоянной корректировке для достижения максимальной
урожайности.
Наиболее простой и эффективный способ регулирования агрофизических
свойств почв – применение различных обработок почвы. При этом достигаются
не только оптимальные параметры плодородия, но и повышается устойчивость
почв к проявлению эрозионных процессов за счет создания водопрочной структуры.
Оценка эффективности использования различных приемов обработки
почвы проводилась при анализе физических свойств пахотного горизонта, таких как плотность, общая пористость и пористость аэрации. Совокупный анализ указанных параметров позволяет судить об условиях произрастания сахарной свеклы. По мнению отдельных авторов, для сахарной свеклы оптимальной
является плотность пахотного слоя 1,3–1,4 кг·м–3 [0]. Однако, существует точка
зрения, что сахарная свекла развивается наилучшим образом при плотности пахотного слоя на уровне 1,1–1,2 кг·м–3 [0]. Следует отметить, что для дерновоподзолистых связносупесчаных почв, которые являются объектом исследования, генетически характерна плотность гумусового горизонта на уровне 1,32–
1,36 кг·м–3[3]. Для сахарной свеклы указанная величина лежит в оптимальных
пределах, однако для лучшего развития корнеплодов, возможно уменьшение
данного показателя.
Исследования проводились на опытном стационаре РУП «Опытная научная станция по сахарной свекле», г. Несвиж на дерново-подзолистой связносупесчаной почве, подстилаемой с глубины более 1.0 м моренными связными
песками. В опыте изучались две системы основной обработки почвы: традиционная отвальная вспашка (навесной трехкорпусный оборотный плуг ПНГ-3-43)
и дисковая обработка (агрегат дисковый АДН-3). Помимо этого, в исследования включены варианты с внесением органических удобрений (60 т/га за звено
севооборота). Звено севооборота развернуто в пространстве и времени: свекла
сахарная – ячмень – горох – озимая пшеница. Наблюдения за физическими
свойствами проводились в 2009–2011 гг. в полях, занятых сахарной свеклой.
Отбор образцов осуществлялся в конце вегетации в период достижения равновесных значений агрофизических свойств.
Проведенные исследования показали, что плотность почвы во всех вариантах находилась в оптимальных пределах (табл. 1). Традиционная вспашка
обеспечила равномерное перемешивание пахотного слоя, что привело к формированию однородного по уплотнению горизонта со значениями плотности
1,28–1,32 кг·м–3. Дискование способствовало дифференциации пахотного слоя:
в слое 0–10 см плотность на 0,02–0,07 кг·м–3 ниже, чем в слое 10–20 см.
373
Таблица 1. – Плотность дерново-подзолистой связносупесчаной почвы при
использовании различных видов основной обработки
Вариант
Слой почСредняя
Плотность, кг·м–3
Традиционная вспашка
(эталонный вариант)
Традиционная вспашка
фоне внесения навоза
Дисковая обработка
на
Дисковая обработка на фоне
внесения навоза
НСР0,05 фактор А (обработка)
Фактор В (удобрение)
вы, см
0–10
10–20
0–10
10–20
0–10
10–20
0–10
10–20
2009
1,31
1,32
1,29
1,29
1,30
1,36
1,30
1,32
0,02
0,03
2010
1,30
1,30
1,26
1,28
1,32
1,36
1,27
1,32
2011
1,28
1,29
1,17
1,17
1,21
1,28
1,19
1,23
0,02
0,03
0,03
0,04
1,30
1,30
1,24
1,25
1,28
1,33
1,25
1,29
Существенное влияние на плотность пахотного слоя связносупесчаных
почв оказало внесение органических удобрений. Независимо от вида обработки
значение данного показателя ниже в вариантах с внесением навоза на 0,03–
0,05 кг·м–3. При этом сохраняется влияние вида обработки – слой 10–20 см в
вариантах с дискованием более плотный, нежели 0–10 см, а в варианте со
вспашкой – весь пахотный слой равномерно уплотнен.
С плотностью тесно связаны показатели общей пористости и пористости
аэрации. В оценке общей пористости прослеживаются те же тенденции, что и
при оценке плотности: вспашка создает однородно воздухопроницаемый слой,
при дисковании отмечается снижение пористости в слое 10–20 см на 1–3%
(табл. 2). Также хорошо прослеживается влияние органических удобрений в варианте со вспашкой – увеличение общей пористости составляет от 2 до 5%.
Таблица 2. – Воздушный режим дерново-подзолистой связносупесчаной почвы
при использовании различных видов основной обработки
Вариант
Традиционная вспашка
(эталонный вариант)
Традиционная вспашка на
фоне внесения навоза
Дисковая обработка
Дисковая обработка на
фоне внесения навоза
НСР0,05 фактор А (обработка)
Фактор В (удобрение)
Слой
почвы, см
0–10
10–20
0–10
10–20
0–10
10–20
0–10
10–20
Общая пористость, %
2009
2010
2011
50
50
51
49
50
50
50
52
55
50
51
55
50
49
54
48
48
51
50
51
54
49
49
52
1,2
0,9
1,3
1,1
0,9
0,6
Пористость аэрации, %
2009
2010
2011
25
29
31
24
31
27
26
34
36
25
32
33
24
23
24
25
26
24
23
27
28
26
29
27
1,1
0,9
1,5
1,2
1,0
1,1
Пористость аэрации во многом зависит от условий года и обусловлена
полевой влажностью почв в момент отбора образцов. Следует отметить, что в
варианте традиционной отвальной вспашки с применением органических удобрений пористость аэрации выше на 1–6%, чем в эталонном варианте. Дискование снижало пористость аэрации, однако, в отличие от вспашки, выявлено увеличение данного показателя в слое 10–20 см в сравнении со слоем 0–10 см. Со374
здание более насыщенного порами аэрации нижнего слоя способствует разобщению капиллярной влаги, удержанию ее в доступной растениям форме и
предотвращению испарения с поверхности [0].
Оценка общих запасов влаги в пахотном слое дерново-подзолистых связносупесчаных почв при возделывании сахарной свеклы показывает, что использование дискования не снижает запасов влаги в пахотном слое, а применение органических удобрений способствует большему расходу влаги как в варианте со вспашкой, так и при дисковании (рис.).
Рисунок – Влияние различных приемов основной обработки почвы на общие запасы влаги
слоя 0–20 см
Из вышеизложенного следует, что замена вспашки дискованием незначительно ухудшает физического состояния дерново-подзолистых связносупесчаных почв, способствует дифференциации пахотного слоя, при этом агрофизические параметры остаются в оптимальных значениях для возделывания сахарной свеклы. С экономической точки зрения дисковая обработка предпочтительнее вспашки, поскольку стоимость 1 га вспашки составляет 8,98 долл. США, а 1
га дискования – 5,12 долл. США. Поэтому можно говорить о возможности использования дискования на глубину 10–12 см в качестве приема основной обработки почвы при возделывании сахарной свеклы на дерново-подзолистых
связносупесчаных почвах.
Список литературы
1. Шпаар, Д. Сахарная свекла (Выращивание, уборка, хранение) / Д. Шпаар, Д. Дрегер,
А. Захаренко; под общ. ред. Д. Шпаара. – М.: ИД ООО DLV АГРОДЕЛО, 2004. – 315 с.
2. Практикум по земледелию/ И. П. Васильев, А. М. Туликов, Г. И. Баздырев и др. – М.: КолосС, 2004. – 424 с.
3. Почвы Белорусской ССР / Под. ред. Т. Н. Кулаковской, П. П. Рогового, Н. И. Смеяна. –
Минск: Ураджай, 1974. – 328 с.
4. Ковда В. А. Основы учения о почвах / в 2-х кн. – Кн.2. – М.: Наука, 1973. – 474 с.
375
УДК 630.116:630.81
ВЛИЯНИЕ БИОУГЛЯ НА ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ДЕРНОВО-ПОРДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ.
Е. Я. Рижия, Н. П. Бучкина, И. М. Мухина, А. С. Белинец, Е. В. Балашов
ГНУ Агрофизический научно-исследовательский институт
Россельхозакадемии
ВВЕДЕНИЕ
Биологический уголь (биоуголь) – это материал, получаемый сжиганием
биомассы в специальных закрытых камерах (ретортах) пиролизным способом
(при высоких температурах в бескислородной среде) (Marris, 2006; Verheijen
et.al, 2009). В производстве биологического угля используется любой вид биомассы, но наиболее предпочтительными являются отходы сельского хозяйства
и лесозаготовительной промышленности. Полученный продукт характеризуется высоким содержанием углерода в виде устойчивых ароматических соединений (Bourke et al., 2007) и используется как мелиорант с главным предназначением – секвестрировать углерод в почве (устойчивое и долговременное сохранение углерода) (Verheijen F. et al., 2009).
К настоящему времени установлено, что внесенный в почву биоуголь
может изменять агрегатное состояние почвы, ее механический состав, общую
порозность, объем пор аэрации, объем пор, занятых водой, и водоудерживающую способность (Downie et al., 2009). В зависимости от качества его приготовления, а именно вида использованной биомассы для его приготовления,
температуры пиролиза, степени окисления, может быть как гидрофобным, так и
гидрофильным, и иметь разную внутреннюю удельную поверхность (Van
Zvieten et al., 2009). Эти свойства способствует изменению агрегированности
почвы и водоудерживающей способности (Brodowski et al., 2006), особенно в
почвах легкого гранулометрического состава (Glaser et al., 2004).
Для исследования влияния биоугля на свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы был проведен лабораторный эксперимент. Цель исследования
заключалась в оценке влияние биоугля на водоудерживающую способность,
усадку и набухание дерново-подзолистой супесчаной почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили на дерново-подзолистой супесчаной почве на
красноцветных девонских песках, расположенной на полигоне агрофизического
стационара Меньковского филиала Агрофизического института Россельхозакадемии (Гатчинский район Ленинградской области). Отбор проводили из пахотных горизонтов (0–29 см) почв, различающихся по совокупности количественных и качественных почвенных признаков, влияющих на рост и развитие сельскохозяйственных культур – средней (А) и высокой (Б) степени окультуренности. Варианты почвы достоверно различалась по содержанию общего органического углерода, величине рН, содержанию общего углерода в илистой фракции
почвы. Капиллярная и полная влагоёмкость высоко окультуренной почвы со376
ставляла – 36,7% и 40,8%, средне окультуренной – 34,0% и 36,4%, соответственно.
Изучали биологический уголь, полученный пиролизным способом из
лиственных деревьев (ольхи, осины и березы). В эксперименте использовали
куски угля не больше 3–5 см3. В качестве дополнительного источника азота
применяли растительные остатки клевера красного (Trifolium protense L.).
Нарушенные образцы почвы, увлажнённые до весовой влажности 21%,
соответствующей НВ в средне окультуренной почве, помещали в пластмассовые 3-л сосуды и инкубировали в течение 2 месяцев. Основные физические параметры изучались с помощью методов, предложенных в практическом руководстве по физике почв (Растворова, 1983). Измерения основной гидрофизической характеристики (ОГХ) почв, их набухание и усадку проводили в исходных
образцах и образцах почв, отобранных из сосудов по окончании эксперимента.
Схема опыта для почв (А) и (Б) окультуренности включала следующие
варианты: контроль (почва без биоугля и клевера), почва с биоуглем, почва с
клевером и почва с биоуглем и клевером. Биоуголь и клевер равномерно перемешивали с почвой, которую затем уплотняли в сосуде до плотности сложения
почвы 1,2 г·см–3. Опыт проводили в 4-кратной повторности при постоянной
комнатной температуре воздуха 22°С. Сосуды в ходе эксперимента располагал
в рандомизированном порядке.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Для оценки влияния биоугля на подвижность почвенной влаги и ее доступность растениям, была изучена (ОГХ) с помощью мембранных прессов
Ричардса (Растворова, 1983) при давлении влаги от –5 до –1500 кПа. Результаты исследования показали, что водоудерживающая способность высоко окультуренной почвы была существенно (p < 0,001) выше средне окультуренной
почвы. Внесение в почву биоугля привело к достоверному (p < 0,05) увеличению количества удерживаемой почвой влаги в диапазоне давления влаги от –5
до
–50 кПа, (в средне окультуренной почве на 5%, а в высоко окультуренной почве
на 9%), характеризующим легко дренируемые поры и поры инфильтрации с капиллярно-гравитационной водой (Воронин, 1981). Различия в ОГХ в диапазоне
давления выше –50 кПа были недостоверными как для средне окультуренной
почвы, так и для высоко окультуренной почвы.
Большая водоудерживающая способность высоко окультуренных почв
отмечалась в работах многих исследований в нашей стране и за рубежом (Глобус, 1987; Rajkaja et al., 2004) и часто связывалась с обогащенностью почв органическим веществом: чем больше органического вещества содержит почва,
тем выше ее водоудерживающая способность (Шеин, 2005). Внесение в почву
биоугля, как пористого вещества с высокой удельной поверхностью и высокими адсорбционными свойствами (Юрьев, 2007) увеличивает водоудерживающую способность почвы, и наиболее ярко этот процесс протекает в почвах легкого гранулометрического состава (Chan et al., 2007; van Zwieten et al., 2010a).
377
Анализ данных по водоудерживающей способности почв, полученных в
ненарушенных образцах почвы, отобранных при помощи режущих цилиндров
из сосудов в конце проводимого эксперимента, показал, что существенные различия между вариантами по исследуемому показателю наблюдались при низком давлении влаги в –5 кПа (pF = 0,7). Внесение биоугля привело к увеличению водоудерживающей способности как средне, так и высоко окультуренной
почвы, в диапазоне содержания пор инфильтрации по сравнению с контролем
на 1,3 и 1,7%, а одновременное внесение биоугля с клевером – на 2,2 и 3%, соответственно. С увеличением давления до –50 и –100 кПа достоверная
(p < 0,05) разница в показателях водоудерживаемости изучаемых вариантов
почв наблюдалась только между почвами контроля и почвами с одновременным внесением клевера и угля.
Измерения набухания почв при увлажнении и усадки – при высушивании
(в трех циклах увлажнения-иссушения) показало, что результатом этих процессов является усадка почв. При этом внесение биоугля вызывает достоверное
снижение суммарной усадки только на высоко окультуренной почве, различия
по этому показателю между средне и хорошо окультуренной почвами было недостоверным. Внесение биоугля также привело к более высокому содержанию
влаги в почвах при максимальном набухании и максимальной усадке.
Полученные нами данные свидетельствуют, что высоко окультуренные
почвы удерживают достоверно больше влаги как при максимальном набухании
(на 8%), так и при максимальной усадке (на 9%). Внесение в эти почвы биоугля
приводит к тому, что водоудерживающая способность обеих почв при максимальном набухании достоверно возрастает в среднем на 8%, а при максимальной усадке – в среднем на 7%. Известно, что на легких почвах растения часто
страдают от недостатка влаги даже в условиях Северо-Запада России (Банкин,
1998). Если принять во внимание ранее обсуждаемые нами данные о том, что
биоуголь приводит к повышению водоудерживающей способности почв в диапазоне доступной для растений влаги, то можно сделать вывод, что внесение
биоугля является эффективной технологией для почв легкого гранулометрического состава. Это согласуется с данными Glaser (2000), который показал, что
внесение 15% биоугля в почвы легкого гранулометрического состава увеличило
их водоудерживающую способность на 18%. В то же время, внесение аналогичного количества в почву тяжелого гранулометрического состава не изменило этот показатель (Glaser, 2000).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного лабораторного эксперимента установлено, что
внесение биоугля в дерново-подзолистую супесчаную почву со средней и высокой степенью окультуренности вызвало увеличение водоудерживающей способности почв в диапазоне содержания в почве пор инфильтрации, а также увеличение водоудерживающей способности почв при максимальном набухании и
при максимальной усадке. Внесение биоугля привело к достоверному снижению суммарной усадки высоко окультуренной почвы в течение трех циклов
увлажнения-иссушения.
378
Список литературы
1. Marris, E. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature 442(7103), 2006, pp. 624–
626.
2. Verheijen F., Jeffery S., Bastos A. C., van der Velde M., Diafas I. Biochar application to soils, a
critical scientific review of effects on soil properties, processes and functions EUR 24099 EN, Office for the Official Publications of the European Communities, Luxembourg, 2009, 149 pp.
3. Bourke, J., Manley-Harris, M., Fushimi, C., Dowaki, K., Nunoura, T., Antal, M. J. Jr. Do all carbonized charcoals have the same structure? A model of the chemical structure of carbonized charcoal. Industrial and Engineering Chemistry Research 46, 2007, pp. 5954–5967.
4. Van Zwieten, L., Kimber, S., Morris, S., Chan, K. Y., Downie, A., Rust, J., Joseph, S., and Cowie, A. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil
fertility. Plant and Soil, 2009, pp. 1–12.
5. Glaser, B., Balashov, E., Haumaier, L., Guggenberger, G. and Zech, W., 2000. Black carbon in
density fractions of anthropogenic soils of the Brazilian Amazon region. Organic Geochemistry
31(7-8): 669-678.
6. Glaser B., Guggenberger G., Zech W, 2004. Identifying the Pre-Columbian anthropogenic input
on present soil properties of Amazonian Dark Earth (Terra Preta). In: Glaser, B., Woods, W. (Eds.)
Amazonian Dark Earths: Explorations in Space and Time. Springer, Heidelberg, 215 pp.
7. Растворова Г. Физика почв: практическое руководство. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1983. – с.
8. Воронин А. Д. Кривая водоудерживаемости почвы. В кн.: Почвенно-биогеоценотические
исследования в лесных биогецеозах. М., 1980. С. 80–87.
9. Глобус А. М. Почвенно-гидрофизическое обеспечение агроэкологических математических
моделей. – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 428 с.
10. Rajkaia K., Kabosa S., M. Th. van Genuchtenb Estimating the water retention curve from soil
properties: comparison of linear, nonlinear and concomitant variable methods. Soil & Tillage Research, 79 (2004). p. 145–152.
11. Шеин Е. В. Курс физики почв. Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
12. Юрьев Ю. Л. Древесный уголь. Справочник / автор и составитель. Екатеринбург: Сократ,
2007. – 184 с. (с. 20–71).
13. Chan K.Y., Van Zwieten L., Meszaros I., Downie A., Joseph S. Agronomic values of green
waste bochar as a soil amendment. Austr. J. Soil Res., 45, 2007, pp. 629–634.
379
УДК 631.872
ЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛОМЫ ДЛЯ
ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
И. В. Русакова,
Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и
торфа Россельхозакадемии, г. Владимир
В последние годы в России и за рубежом все большую озабоченность вызывает проблема экологически безопасной утилизации отходов растениеводства. В связи с сокращением поголовья скота, бесподстилочным содержанием
животных объемы соломы, применяемой в животноводстве, значительно сократились. Так, по данным Минсельхоза РФ, в 2005 году было заготовлено всего
7,9 млн. т соломы на корм (8,4%), 2010 г – 4,8 млн. т (7,2% от валового сбора).
В земледелии в качестве удобрения солома до сего времени используется в недостаточных объемах и крайне нерационально, по расчетам ГНУ ВНИИОУ – не
более 20% валового сбора, в тоже время продолжается практика ее сжигания.
При таком варварском способе утилизации растительных остатков из биологического круговорота выводится до 20–25 млн. т углерода и 250 тыс. т азота,
дымом, оксидами углерода и азота, «черным углеродом» загрязняется атмосферный воздух. Более широкое вовлечение пожнивных остатков в биологический круговорот и увеличение объемов использования соломы на удобрение
настоятельно диктуется не только требованиями экологически безопасной ее
утилизации, но и необходимостью соблюдения «закона возврата» отчуждаемых
с урожаем элементов питания для сохранения плодородия пахотных почв. В современном ресурсно-дефицитном земледелии применение органических удобрений в РФ стабилизировалось на низком уровне – около 50 млн. т в год (менее
1 т/га посевной площади), вносятся они всего на 5–7% площади пахотных почв.
Минеральные удобрения получают не более 45% посевной площади, уровень
их внесения составляет в среднем 36 кг/га.
В целом по России с соломой зерновых и зернобобовых культур, при использовании ее на удобрение в объемах около 50% валового сбора, или 43–
64 млн. т, ежегодно можно возвращать в почву до 1134 тыс.т д.в. NPK (60 % от
уровня внесения с минеральными удобрениями), 17–26 млн. т углерода, фиксированного из атмосферы в результате фотосинтеза (по содержанию органического вещества 1 тонна соломы эквивалентна 3,5–4,0 тоннам навоза) и на
6,3 млн. т пополнять запасы гумуса (до 160–200 кг на каждую тонну соломы),
накопление до 250 тыс. т биологически фиксированного азота.
В результате многолетних исследований, выполненных во ВНИИОУ, получены экспериментальные данные по агроэкологической эффективности различных способов использования соломы на удобрение, разработаны технологии ее использования и технологические приемы повышения эффективности.
В длительном полевом опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве
установлено, что внесение соломы озимой пшеницы, люпина и ячменя (9 т за
ротацию) в зернопропашном севообороте на фоне средних доз минеральных
удобрений (N60P51K57) способствует воспроизводству плодородия почвы: со380
хранению и увеличению запасов гумуса и азота – на 8–10%; увеличению численности и биомассы почвенных микроорганизмов – в 1,3–1,9; оптимизации
структурного состояния и содержания водопрочных агрегатов; снижению
плотности сложения – на 8–12%. Наиболее эффективно внесение соломы под
картофель и люпин (прибавка урожайности картофеля – 10–13 ц/га, люпина
(зерно) – до 3 ц/га). В среднем за 2 ротации зернопропашного севооборота 3-х
кратное использование соломы озимой пшеницы, люпина, ячменя (по 3 т/га) на
фоне NPK обеспечило дополнительное получение 39,7–41,3 ц з. ед./га, или 8,6–
10,3 ц з. ед./га относительно фона минеральных удобрений. Использование соломы в среднегодовых дозах 2,25–2,5 т/га с разнокачественным биохимическим
составом (зерновых и зернобобовых культур) не сопровождалось ухудшением
фитосанитарного состояния почв и посевов и обеспечивало рост продуктивности севооборота на 0,8–1,2 ц/га в расчете на 1 т соломы;
Одним из приемов повышения эффективности соломы является запашка
ее с биомассой пожнивных сидеральных культур, которые целесообразно высевать после уборки и измельчения соломы озимых. В центральных и других областях Нечерноземной зоны РФ в качестве зеленого удобрения пригодны пожнивные посевы горчицы белой, редьки масличной, рапса ярового и озимого,
фацелии. После уборки зерна измельченная и равномерно распределенная по
поверхности поля солома заделывается в верхнюю часть пахотного слоя (с
компенсирующей дозой азота или полным минеральным удобрением) посредством дискования, высевается сидеральная культура, лучше всего сем. крестоцветных. Через 50–60 дней, когда пожнивная сидеральная культура как правило
успевает сформировать до 100–200 ц/га и более зеленой массы и вступает в фазу цветения, она скашивается (при высокой урожайности – измельчается) и
производится зяблевая вспашка. Сочетание соломы озимой пшеницы и пожнивного сидерата является экологически целесообразным, т.к. при такой комбинации соотношение C:N в запахиваемой фитомассе становится более благоприятным для сапрофитной почвенной микрофлоры. Свежее органическое вещество и элементы питания, возвращенные в почву с соломой и фитомассой
сидератов, выполняют важнейшие агроэкологические функции: способствуют
оптимизации гумусового и биологического состояния почв, сохранению и
накоплению гумуса.
Результаты проведенных научных исследований позволяют рекомендовать как агрономически и экологически целесообразный прием для использования в сельскохозяйственном производстве, применение бесподстилочного
навоза в сочетании с соломой. Так, в полевом опыте прибавка урожая картофеля на варианте с совместным использованием соломы озимой пшеницы (3 т/га)
и полужидкого бесподстилочного навоза КРС оказалась достоверно более высокой (61 ц/га), чем при применении одного бесподстилочного навоза (44 ц/га)
и была на уровне варианта с подстилочным навозом (55 ц/га). В целом, продуктивность звена севооборота картофель – ячмень составила – 51,3 ц з. ед./га, что
соответствовало уровню продуктивности на варианте с подстилочным навозом
(50,0 ц з. ед./га) и на 4,9 ц з. ед./га выше, по сравнению с бесподстилочным
навозом. Данный прием способствует снижению потерь азота и вымыванию его
381
за пределы почвенного профиля за счет биологической иммобилизации микроорганизмами, участвующими в разложении соломы.
В результате проведенных НИР по оценке эффективности методов утилизации растительных остатков с использованием микробиологических препаратов в лабораторных, вегетационных и полевых опытах установлено, что обработка стерни и соломы злаковых культур биопрепаратами, содержащими активные штаммы лигнин- и целлюлозоразлагающих микроорганизмов, перед заделкой ее в почву обеспечила значительное возрастание биологической активности и увеличение коэффициента ее гумификации на 52–66%.
Таким образом, использование растительных остатков на удобрение без
отчуждения с поля, исключая сжигание, обеспечивает экологически безопасную их утилизацию, возврат в почву элементов питания и углерода, экономию
трудовых и материальных затрат. Приемы повышения эффективности использования соломы на удобрение способствуют сохранению и воспроизводству
плодородия почв и позволяют получить прибавки урожайности с получением
экономического эффекта.
382
УДК: 630*114.441.2; 630*114.30
ПОДЗОЛООБРАЗОВАНИЕ: НЕТРАДИЦИОННЫЙ ВЗГЛЯД НА
СУЩЕСТВО ПРОЦЕССА
Селенков Н. А., Суханов П. А.
ГНУ АФИ Россельхозакадемии
Сегодня при рассмотрении почв лесной зоны априори считается, что их
генезис определяется вертикальной нисходящей миграцией влаги. Образование
окрашенного железом иллювиального горизонта связывается с поступлением и
осаждением железа из вышележащего, промываемого избыточными водами атмосферных осадков, светлоокрашенного элювиального горизонта. Но существующие теории не способны объяснить многие несоответствия, возникающие
при их более детальном рассмотрении. Так, например, нет должной корреляции
между дефицитом железа в осветленном горизонте и его накоплением в иллювиальном горизонте. Не поддается объяснению факт геохимического оконтуривания глубоко расположенных рудных тел по составу растительности. По аналогии с лесной зоной не может быть объяснена причина возникновения иллювиального горизонта в почвах аридных зон. Существующие теории не дают
удовлетворительного объяснения реально высокой подвижности соединений
железа и причин их выпадения из раствора. Все это способствует появлению
новых теорий подзолообразования. Мы предлагаем свою версию. Версия основана на принятии во внимание физических факторов и условий, реально
имеющих место в почвах и вызывающих (возбуждающих) мощные восходящие миграционные потоки химических элементов из глубинных горизонтов не только почв, но и кор выветривания.
В процессе наблюдений за влажностью почв было замечено, что при отсутствии осадков и бокового притока влаги, в условиях умеренного испарения,
достоверно повышается влагозапас нижних почвенных горизонтов. Такое восполнение влажности могло быть объяснено только подтягиванием влаги из нижележащих обводненных слоев капиллярным током. Это наблюдение заставило
пристальнее присмотреться к возможностям вертикальной восходящей и нисходящей миграции почвенных растворов.
По нашим наблюдениям, почвы на двучленных отложениях, когда породы легкого гранулометрического состава подстилаются глинами, являются
наиболее выразительными представителями подзолистых почв. Им свойственен
действительно белесый подзолистый горизонт и темно-коричневый, до черного,
иллювиальный горизонт. Такие почвы широко распространены, например, на
Карельском перешейке Ленинградской области. Выраженность, контрастность
этих почв наталкивает на мысль, что на их примере удобнее всего разобраться с
механизмом формирования почв лесной зоны в целом. Вот почему нетрадиционная трактовка Ф. Р. Зейдельманом механизма образования иллювиального
горизонта заслуживает самого пристального рассмотрения (1). Автор назвал
почвы на двучленных отложениях железистыми солончаками таежной зоны и
отвел главную роль в накоплении железа в иллювиальном горизонте капилляр383
ным силам. Предлагаемое сравнение подзолистых почв с солончаками кажется
авторам чрезвычайно удачным. Оно точно указывает на происходящие в подзолистых почвах процессы.
В таежной зоне обилие осадков формирует горизонт грунтовых вод, расположенный близко к поверхности почвы. По аналогии с засоленными почвами
здесь создаются благоприятные условия для проявления капиллярных сил, подтягивающих почвенный раствор снизу вверх. Но минеральные почвы подзолистой зоны в большинстве своем сформировались на почвообразующих породах,
тщательно промытых от легкорастворимых солей в ледниковый период. Количество оставшихся на сегодня легкорастворимых солей недостаточно для образования насыщенных растворов при уменьшении влажности почвы за счет испарения и транспирации. По этой причине в лесной зоне не наблюдается истинного засоления почв, приводящего к угнетению растений. На место токсичных легкорастворимых солей выходят менее растворимые и менее токсичные
соединения, способные к образованию в аналогичных условиях насыщенных
растворов. Такими соединениями, по мнению академика Б. Б. Полынова (2) ,
могут быть подвижная кремнекислота силикатов и слабо подвижное железо.
Чем меньше растворимость вещества, тем скорее оно будет выпадать из раствора при превышении его концентрации. Железо не столь растворимо в воде,
нежели кремний алюмосиликатов. Поэтому оно начинает выпадать из почвенного раствора раньше по ходу подъема капиллярной влаги – в иллювиальном
горизонте. Малая токсичность соединений железа и отсутствие существенного
их накопления в корнеобитаемой зоне не способствовали привлечению внимания исследователей к явлению капиллярного подъема почвенных растворов в
почвах таежной зоны.
В монографии С. В. Зонна (3) за 1982 год со ссылкой на Беуса и др., 1976,
приведены данные по растворимости соединений железа в дистиллированной
воде. Согласно этим данным наибольшей растворимостью среди реально присутствующих в почве соединений железа являются гидрокарбонаты. Их растворимость в 1000раз превышает растворимость гидрата закиси железа и составляет при комнатной температуре 0,43 г/л. Следовательно, передвижение железа
по профилю почвы скорее всего происходит в виде гидрокарбонатов. Снижение
в почвенном растворе парциального давления углекислого газа приводит к переходу гидрокарбонатов в карбонаты, растворимость которых существенно ниже. Таким образом, на осаждение железа влияет не столько наличие кислорода,
сколько способность почвы избавиться от избытка углекислого газа. Пути избавления дрен от закупорки железистыми пробками следует искать скорее всего на пути сохранения в дренах безопасного парциального давления углекислого газа.
Наблюдения за почвами проводятся преимущественно в летнее время. И
это объяснимо. Но почвенные процессы не затихают и зимой. А в холодное
время года, которое продолжается в лесной зоне более 6 месяцев, вода в поверхностных горизонтах почвы постепенно переходит из жидкой фазы в твердую – лед. Промерзшие горизонты фактически сухие. В результате создается
большой градиент влажности, способствующий подтоку жидкой влаги снизу
384
вверх. Перенос влаги осуществляется как в виде пара, так и в виде капиллярной
влаги. Как в одном, так и в другом случае повышается концентрация почвенного раствора – при испарении и при вымораживании растворенные в воде вещества остаются в жидкой фазе. При превышении порога растворимости и при
удалении углекислого газа происходит осаждение соединений железа. Эти соединения при низких температурах, которые способствуют уменьшению активности почвенной микрофлоры, ответственной за их подвижность, кристаллизуются, что снижает их растворимость в последующем. На свободной поверхности кристаллов соединений железа происходит осаждение из раствора других
его компонентов, концентрация которых еще не достигла критического уровня.
В отсутствие гумуса почвенные частицы окрашиваются преимущественно соединениями железа и, может быть, марганца. Поэтому по изменению
окрашенности почвенных горизонтов можно судить о степени накопления не
только железа и марганца, но и большинства других почвенных микроэлементов. Степень их накопления теоретически должна зависеть от химизма и близости грунтовых вод, а также от величины почвенных капилляров. В теплое время
года процессы изменения подвижности железа и марганца чрезвычайно мобильны и разнонаправлены. Их влияние на формирование профиля почв лесной
зоны, скорее всего, минимально.
Образование подзолистого горизонта является процессом самостоятельным, почти не связанным с формированием иллювиального горизонта. Слово
«почти» использовано по той причине, что версия некоторого накопления
аморфного кремнезема силикатов в приповерхностной толще почвы по аналогии с вышеизложенным механизмом накопления железа в иллювиальном горизонте, требует проверки. Зоной формирования подзолистого горизонта является
ближайший к поверхности почвы водоупор. В качестве такового выступает
приповерхностная минеральная толща почвы, обладающая существенно меньшей плотностью относительно нижележащих горизонтов. Здесь гравитационная влага накапливается и наиболее длительное время сохраняется. Поскольку
растения для своей жизнедеятельности в первую очередь используют гравитационную влагу, как более доступную и сильнее всего обогащенную питательными веществами, именно из этой зоны растениями удаляется максимальное
количество водо- и кислотнорастворимых минеральных веществ.
Обеднение подзолистого горизонта химическими соединениями и элементами происходит в результате их выноса из минеральной толщи почвы на
дневную поверхность вместе с влагой, извлекаемой корнями растений. Нужные
растениям вещества усваиваются ими (малый биологический круговорот веществ в природе), а ненужные или находящиеся в избытке возвращаются на поверхность почвы с растительным опадом.
Как собственные данные, так и сведения из литературных источников
указывают на то, что на долю внутрипочвенного стока скорее всего приходится
не более 5% от всего речного стока. 95% стока формируется за счет поверхностных вод. Когда поверхностные воды прекращают свое существование или
замерзают, речной сток достигает минимума. Отсюда следует, что лишняя влага атмосферных осадков удаляется обычно не через минеральную толщу почвы,
385
а по ее поверхности и, частично, по самым рыхлым верхним ее горизонтам.
Именно здесь и именно боковым поверхностным стоком происходит промывание, характерное для «промывного режима», свойственного гумидной зоне. Избыточная влага атмосферных осадков промывает сначала листву и (или) хвою
растений, затем подстилку и, в меньшей мере, гумусовый горизонт. Лишняя
влага на своем пути обогащается солями и органическими веществами, стекает
в водоемы или болота и уходит в большой геологический круговорот. Соответственно промывание подзолистого горизонта всей массой выпадающих в лесной зоне осадков или, по крайней мере, их большей частью не имеет места, а
соответственно объяснение механизма формирования подзолистого горизонта
за счет промывного водного режима, при этом, маловероятно. Тем более, маловероятен существенный перенос железа из элювиального горизонта в горизонт
В и накопление его в тех значительных количествах, в которых оно(железо)
присутствует в подзолистых иллювиально-железистых почвах.
Растения легче всего извлекают гравитационную влагу. Именно гравитационная влага сильнее всего минерализована. Следовательно, в корнеобитаемой зоне вынос водо- и кислотнорастворимых веществ из минеральной толщи
почвы будет максимален там, где гравитационная влага имеется в достаточных
количествах дольше всего.
В лесных почвах при достатке атмосферной влаги, максимальной влажностью на протяжении наиболее длительного периода характеризуется подстилка и ближайшая к ней минеральная толща. Именно здесь, в этой минеральной толще образуется осветленный горизонт, обедненный рядом химических
элементов, и, в частности, железом. В пахотных почвах максимальная влажность наблюдается в течение наиболее длительного периода в зоне подплужной
подошвы. По этой причине при распашке подзолистый горизонт начинает формироваться в новом месте – под пахотным горизонтом. Вот почему при определении степени подзолистости почв принято считать, что нижняя граница подзолистого горизонта неокультуренных почв должна располагаться на 15см
ближе к поверхности, чем нижняя граница таких же, но пахотных почв (4). Чем
хуже дренирована почва, тем мощнее ее подзолистый горизонт. По достижении
некоего порога длительности переувлажнения на подзолистый процесс наложатся оглеение и оторфовывание, которые при еще большем увлажнении полностью сменят подзолообразование.
Рассмотрим информацию, достоверную и широкодоступную, по объекту,
охватывающему почти всю территорию Северо-Запада России. Этот объект –
бассейн Ладожского озера (5). Площадь бассейна Ладожского озера составляет
276 тыс.кв.км. Площадь самого озера 17,7 тыс.кв.км. Приток речных вод в озеро – 67,8 куб. км. Средняя минерализация вод озера составляет 56 мг/л. Как показывают приблизительные расчеты, ежегодно с каждого гектара поверхности
бассейна Ладожского озера вымывается в среднем почти 150 кг минеральных
веществ. Это преимущественно кальций, а также магний, калий, натрий, хлор и
сера, микроэлементы. Количество этих элементов в водах, определяющих минералогический состав вод Ладожского озера, также как и их соотношение,
386
наверняка варьирует в зависимости от особенностей территорий, на которых
формировался сток.
Постоянный отток элементов не снижает плодородия почвы, поскольку
внутри биогеоценоза достигнуто равновесие между выносом веществ и их привносом. Данный факт свидетельствует о том, что имеется некий компенсаторный приток вымываемых элементов в почву. Иными словами, из глубины почвы в корнеобитаемую зону на каждом гектаре ежегодно поступает в среднем
около 150 кг минеральных веществ. Значительная их часть относится к биогенным, то есть необходимым растениям. Но сегодня большинство специалистов
сельского хозяйства даже не подозревают о существовании этого дара природы.
Как внесение удобрений в почву, так и названная добавка позволяют отторгать часть выращенной биомассы в качестве урожая без снижения исходного почвенного плодородия. Полученное органическое вещество может быть использовано в качестве пищи для человека или животных. В том случае, когда
его использование в данном качестве невозможно, это органическое вещество
может быть скомпостировано и в дальнейшем использовано в качестве органического удобрения. Отторгать с целью перераспределения можно не только пожнивные остатки, но и фрагменты живых растений. Главное, чтобы объем отторжения не превышал порога поступления. По этой причине одной из основных задач почвоведения на сегодня, может быть, является определение истинного размера этого порога для различных почв.
Имеющиеся на сегодня почвенные карты хозяйств следует дополнить
информацией об этом даре природы применительно к каждому почвенному
контуру. Перспективно разработать мероприятия по предварительному временному извлечению из биологического круговорота биогенных химических элементов, которые подвержены вымыванию, с целью предотвращения их выноса
в большой геологический круговорот веществ в природе. По общему мнению,
понятие промывного водного режима предусматривает отток излишней влаги и
содержащихся в ней минеральных веществ преимущественно через грунтовые
воды. В этом случае перехват и повторное использование вымываемых из почвы полезных веществ – дело почти безнадежное. Предложенная выше теория
подзолообразования иначе объясняет механизм промывания, что позволяет выработать обоснованные рекомендации по сокращению потерь полезных растениям веществ. Так, например, возможны мероприятия по биологическому перехвату питательных веществ из дренажных вод. Исходя из понимания механизма обогащения почв минеральными веществами за счет сил капиллярного
поднятия почвенного раствора нетрудно предположить, что в ряду подзолистых
почв при прочих равных условиях максимальное поступление этих веществ
должно иметь место в слабоподзолистых почвах. Они располагаются на хорошо
дренированных естественным путем участках, в результате чего капиллярные
силы здесь действуют в течение самого длительного периода. С усилением
оподзоливания поступление минеральных веществ должно уменьшиться в
следствие сокращения продолжительности действия капиллярного насоса. Аналогичное явление будет наблюдаться также с усилением признаков поверхностного оглеения. Минимальной подпиткой минеральными веществами отли387
чаются торфяные почвы. Подтягивание к поверхностным горизонтам почвы из
глубины питательных элементов капиллярным током почвенного раствора позволяет легко объяснить многие явления. Так, например, пониженное плодородие переувлажненных почв (относительно почв нормального увлажнения), скорее всего, связано не с недостатком в почве кислорода или токсичностью глея, а
с затрудненностью подтока снизу продуктов питания капиллярным током влаги, поскольку почва сильно переувлажнена с поверхности. Это делает невозможным капиллярный подток влаги, а с нею и питательных элементов из нижележащих почвенных и подпочвенных горизонтов в верхние. По той же причине
к разряду бедных относятся песчаные почвы. В них преобладают крупные поры, не позволяющие поднять влагу на требуемую высоту. В лесной зоне наиболее плодородными почвами являются легко- и среднесуглинистые почвы, тогда
как южнее к таковым относят тяжелосуглинистые почвы. В первом случае водоносные горизонты находятся неглубоко. Для их подтягивания к поверхности
капиллярным током достаточны более крупные поры, чем в тяжелых суглинках. Во втором случае доставить в корнеобитаемый слой влагу и содержащиеся
в ней питательные вещества способны только тяжелосуглинистые почвы. Они,
конечно, производят это с меньшей скоростью, но, зато на большую высоту. В
данном случае сама вода является лимитирующим продуктом питания. В черноземах над поверхностью почвы находится относительно меньшая часть растений и промывке здесь подвергается меньшая биомасса по сравнению с подзолистыми почвами. Кроме того, и «промывочная доза» влаги здесь много меньше по природным обстоятельствам. Все это не способствует протеканию подзолообразования. Вместе с тем достаточно ввести чернозем в интенсивный
сельскохозяйственный оборот без должного возмещения потерь органического
вещества с урожаем, как сразу же начинают появляться признаки подзолообразования. Здесь вынос органики человеком с урожаем приводит к тем же последствиям, что и промывание биомассы почвы и растений «излишней» водой в
гумидной зоне.
Дерново-карбонатные почвы, находящиеся в тех же природных условиях,
что и подзолистые, сформировались на материнских породах, обогащенных
кальцием и магнием. Эти элементы, особенно кальций, наряду с характерной
для данных пород щелочной реакцией играют роль геохимического барьера.
Они уменьшают подвижность большинства катионов, в том числе железа и
алюминия, осложняя таким образом их вынос из почвы растениями и последующее вымывание из биомассы. По этой причине здесь процесс подзолообразования затруднен. В то же время в черноземной зоне на кислых, бедных минеральными питательными веществами растений породах легкого гранулометрического состава под сосновыми лесами формируются почвы, далекие от черноземов, похожие скорее на почвы аналогичных территорий северных регионов.
Их отличия сводятся к большей развитости гумусового горизонта на юге, что
вполне естественно в связи со сменой здесь мохового и лишайникового покрова
травостоем.
388
Плодородие почвы, определяемое минеральным составом ее корнеобитаемой зоны, при прочих равных условиях зависит от трех основных процессов.
Это:
– процесс обретения подвижности минеральными соединениями корнеобитаемой зоны почвы;
– процесс подтягивания к корнеобитаемой зоне почвы подвижных минеральных соединений из глубины;
– процесс выноса минеральных соединений за пределы корнеобитаемой
зоны почвы.
Между процессами, увеличивающими количество подвижных минеральных веществ в корнеобитаемой зоне, и процессом их выноса устанавливается и
поддерживается равновесие. Уровень равновесия различен в разных почвах.
Так, например, количество подвижных минеральных веществ в верховых торфяниках крайне незначительно. Это определяется их мизерным поступлением
извне. Соответственно, и вынос подвижных минеральных веществ из толщи
верховых торфяников по сравнению с минеральными почвами ничтожен – нечего выносить. Низкий уровень равновесия, как видно из приведенного примера, соответствует низкоплодородным почвам. Привнос значительного количества минеральных веществ в низинные торфяники при оптимизации их влажности делает такие торфяники чрезвычайно плодородными. Субстрат низинных
торфяников часто используется в качестве органического удобрения. Высоким
плодородием обладают также аллювиальные почвы, ежегодно обогащаемые
минеральными соединениями во время паводка. Эти плодородные почвы соответствуют высокому уровню равновесия между поступлением и выносом минеральных веществ из корнеобитаемой зоны. Иными словами, чем выше уровень
такого равновесия, то есть чем больше в почву приток минеральных веществ, в
том числе биогенных, тем выше реальное плодородие почвы. Предложенная
теория подзолообразования обращает внимание исследователя на существенный постоянный приток минеральных веществ в корнеобитаемую зону почвы с
капиллярным током влаги, что и определяет в значительной мере ее действующее (в отличие от потенциального) естественное плодородие. Проясняется возможность увеличения притока минеральных веществ в корнеобитаемую зону
почвы с восходящим током влаги. «Подъемная сила» восходящего капиллярного тока в почвах исключительно велика. Эта сила определяет многие почвообразовательные процессы в почвах южных регионов, что основательно показано
в большинстве фундаментальных работ по почвоведению. Однако, в теории
почвообразования таежной зоны названная «подъемная сила», по нашему
убеждению, явно не учитывалась.
Потенциальное плодородие почвы при неблагоприятных условиях может
довольно быстро сойти на «нет». Так, например, попавшие на дневную поверхность невыветрелые горные породы обладают высоким потенциальным плодородием, определяемым высокой концентрацией биогенных минеральных веществ.
Смена условий залегания приводит к резкой активизации подвижности
многих химических элементов, что способствует быстрому их выносу за преде389
лы почвенного профиля. Почва растрачивает свое высокое потенциальное плодородие за несколько десятков лет. Данное явление отчетливо прослеживается
при так называемом «песковании» или «глиновании» почв (6). Потенциальное
плодородие почвы, достигнутое за счет больших количеств органического вещества, также не долговечно. Так, например, осушенные торфяники Белоруссии ежегодно срабатываются на 10 мм. В отличие от недолговременного потенциального плодородия действующее естественное плодородие, определяемое
капиллярным подтоком минеральных растворов с глубины, постоянно и, можно
сказать, вечно. Данный процесс определяется химизмом земной толщи на глубину как минимум десятков метров, что подтверждается эффективностью методик поиска рудных месторождений по химическому составу грибов и растений. Естественно, что специалисты должны знать, какие вещества и в каких количествах подтягиваются из глубины в корнеобитаемую зону почвы и, таким
образом, в большой мере определяют ее плодородие. Сегодня такие сведения
отсутствуют. Их следует получить и отразить на крупномасштабных почвенных картах, после чего эти карты, наконец, получат совершенно другое содержание и качество, приобретут несоизмеримо большую ценность для оценки
плодородия почв, их агроресурсного потенциала.
Высказанные авторами суждения конечно же дискуссионны. Тем не менее, они основаны на многолетнем практическом опыте по крупномасштабному
картографированию почв в различных регионах таежной зоны, на результатах
специальных исследований генезиса таежных почв, а также на данных изучения
почв субтропиков (Ливия) и тропиков (Камбоджа).
Список литературы.
1. Зейдельман Ф. Р. Режим и условия мелиорации заболоченных почв. – М.: Колос, 1975. –
320 с.
2. Егоров В. В. Засоленные почвы и их освоение. – М.: АН СССР, 1954. – 112 с.
3. Зонн С. В. Железо в почвах (генетические и географические аспекты). – М.: Наука, 1982. –
207 с.
4. Классификация и диагностика почв СССР. / В. В. Егоров, В. М. Фридланд и др. – М.: Колос, 1977. 224 с.
5. Большая Советская Энциклопедия (В 30 томах). Гл. ред. А. М. Прохоров. Изд. 3-е. Т. 14. –
М. «Советская Энциклопедия». 1973.
6. Селенков Н. А., Сапрыкин Ф. Я. и др. Составить технико-экономическое обоснование
(ТЭО) использования нетрадиционных агроруд с целью ускоренного окультуривания почв и
повышения их плодородия (на примере Ленинградской области). Отчет по заказ-наряду
№ 1423424/360 за 1986–1988 г.г. Текст отчета. ВСЕГЕИ. – Л., 1988. 196 с.
390
УДК 631.544.7:631.432.21
МУЛЬЧИРОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ КАК
ЭФФЕКТИВНЫЙ АГРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ПРИЕМ НА ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ В УСЛОВИЯХ ЗАСУШЛИВЫХ
ВЕГЕТАЦИОННЫХ ПЕРИОДОВ
М. А. Сидорова, А. Д. Чернова,
МГУ им. Ломоносова
Актуальной задачей является разработка основ управления гидрологическим режимом почв [Будаговский, 1981; Братсберг, 1985; Гусев, 1998]. Декоративное мульчирование, в частности органическими материалами, может выполнять не только эстетические задачи, но и, уменьшая испарение влаги из
почвы, существенно изменять параметры гидрологического режима, что, к сожалению, на практике учитывается далеко не всегда. На эффективность мульчирования оказывает влияние влажность почвы, вид мульчи, ее мощность и пр.
Не последним фактором, влияющим на гидрологический режим почв, является
и возможное изменение климата [Абакумова и др., 1998; Шумова, 2005]. Сочетание перечисленных факторов с метеорологическими параметрами вегетационных периодов формирует особенности поведения мульчирующих материалов
в почве.
В течение вегетационных периодов 2010 и 2011 гг., характеризующихся
большим дефицитом увлажнения, проводился опыт в лизиметрах, расположенных в 100 м от метеорологической обсерватории на территории почвенного
стационара МГУ. Исследуемая почва – модельная суглинистая дерновоподзолистая. Весной 2010 г. на поверхность почвы внесли мульчу (древесную
щепу, листовой дубовый опад, кору сосны, дробленые шишки ели) слоем 2 и 5
см. В отдельных вариантах опыта между поверхностью почвы и мульчей помещали нетканый материал «агроспан», существенно снижающий активность
сорной растительности. Контролем служила почва под черным паром. Влажность почвы измеряли на глубине 10 см.
Проанализируем метеорологические условия вегетационных периодов
непрерывного 23-х летнего ряда (1975–1997 гг.) и сравним их далее с 2010 и
2011 годами сроками проведения опыта. В качестве основных метеорологических параметров использовались данные об осадках, температуре и относительной влажности воздуха, полученные метеорологической обсерваторией
МГУ [Судницын, Сидорова и др., 1988, 2000]. При средней многолетней величине суммы осадков (Ос) за теплые месяцы (май – сентябрь) 389 мм амплитуда
колебаний достигала 232 мм (60% от среднемноголетней величины). Максимальная сумма испаряемости (Ео) за этот период наблюдалась в теплый период
1981 г. (576 мм), амплитуда колебаний достигала 30% от средней многолетней
суммы испаряемости, равной 442 мм.
По существующему климатическому районированию [Кулик, Синельщиков, 1973] Московская обл. относят к зоне достаточного увлажнения, средний
многолетний коэффициент увлажнения (КУ) за теплый период равен 1,05.
391
(табл. 1). За 23-летний период наблюдений КУ сильно варьировался (от 0,32 –
до 1,80 в 1992 г. и 1993 г.), при этом 12 лет из 23-х (1975, 1977, 1979, 1983,
1986, 1988, 1989, 1991, 1992, 1995, 1996, 1997) имели КУ<1, а другие 11 лет характеризовались КУ выше 1.
В мае за все годы наблюдений КУ < 1 в течение 20 лет (87%), из них 5 лет
– крайне сухие (КУ < 0,2), девять – сухие (КУ 0,2–0,5), пять – засушливые (КУ
0,5–0,8) и один – достаточный по увлажнению (КУ 0,8–1,0).
В июне 13 лет (56%) имели КУ < 1 (из них один год – крайне сухой, пять
лет – сухие, пять – засушливые и два – достаточные по увлажнению) и в десяти
случаях (44%) КУ > 1, из них два года были оптимальными по увлажнению (КУ
1,0–1,2) и три – избыточные по увлажнению КУ (1,2–1,5) и пять – резко избыточные (КУ > 1,5).
В течение двух лет июль был крайне сухим, четыре года – сухим, пять
лет – засушливым и четыре года – достаточным по увлажнению (КУ < 1 в 65%
случаев), один год характеризовался как оптимальный по увлажнению, четыре
были избыточными и три года – резко избыточными по увлажнению.
Август один год был крайне сухим, шесть лет – сухим, два года – засушливым, три года – достаточным по увлажнению (т.е. КУ < 1 в 52%); один год
был оптимальным и по пять лет – избыточным и резко избыточным по увлажнению.
В сентябре тринадцать лет (56%) КУ был выше 1 (по два года – оптимальным и избыточным по увлажнению и девять лет – резко избыточным).
В течение 4-х месяцев вегетационного периода 2010 г. осадки распределились равномерно (около 60 мм/мес.), а в июле выпало всего 7 мм водн. сл. КУ
за теплый период оказался равным 0,52, что соответствует засушливым условиям (КУ 0,5–0,8). В течение 5-и месяцев наблюдений КУ значительно варьировался от 0,03 до 1,04: июль был крайне сухим (КУ 0,03), август – сухим (КУ
0,45), а май и июнь – засушливые (КУ 0,5 и 0,56 соответственно), сентябрь же
характеризовался как оптимальный по увлажнению (КУ > 1,04).
В вегетационный период 2011 г. максимальное количество осадков пришлось на сентябрь (75 мм), минимальное – на май (33 мм). КУ за теплый период оказался равным 0,62, что соответствует засушливым условиям (КУ 0,5–0,8).
В течение 5-и месяцев КУ варьировался от 0,29 до 1,47: май – август были сухими (КУ 0,29; 0,45; 0,45; 0,46 соответственно), а сентябрь – избыточным по
увлажнению (КУ 1,47).
В 2010 г. сумма осадков за теплые месяцы (май–сентябрь) составила 271
мм (67 % от среднемноголетней величины), а в 2011 г. 299 мм (77%). Суммарная испаряемость в 2010 г. (688 мм) оказалась максимальной за весь исследуемый период наблюдений и достигла 156% от среднемноголетней величины (442
мм). В 2011 г. она снизилась и составила 583 мм (132%).
392
Таблица 1
Метеорологические условия вегетационных периодов 2010–2011 гг. (по данным
метеорологической обсерватории МГУ)
Месяц
Год
Параметр
V
VI
VII
VIII
IX
Среднее (t,
КУ), сумма
(Ос, Ео)
t, ºС
12,9
16,8
18,6
16,7
11,1
15,2
Ос
53,8
93,2
97,6
70,2
74,6
389,0
Ео
106,7
102,9
96,3
81,6
54,0
442,2
КУ
0,63
1,01
1,12
0,92
1,56
1,05
t, ºС
16,9
19,1
26,4
22,2
12,2
19,4
Ос
63,9
64,6
7,4
68,8
66,3
271,0
2010
Ео
113,1
129,9
229,2
152,4
63,5
688,1
КУ
0,56
0,50
0,03
0,45
1,04
0,52
t, ºС
14,9
19,4
23,6
19,1
12,1
17,8
Ос
33,0
61,6
71,6
57,5
75,1
298,8
2011
Ео
112,8
137,0
157,9
123,8
51,1
582,6
КУ
0,29
0,45
0,45
0,46
1,47
0,62
Примечание: Ос – сумма осадков, мм водн. сл.; t – средняя температура воздуха, ºС; Ео – испаряемость, мм водн. сл. [Ео = 0,0018(25+t) 2 (100 – А) ], где А – относительная влажность
воздуха, %; КУ – коэффициент увлажнения (КУ = Ос/Ео).
Средне
многолетние
Таким образом, оба экспериментальных года (2010, 2011 гг.) имели
вегетационные периоды экстремально жаркие. Среднесуточные температуры
воздуха достигали 19,4 и 17,8°С, соответственно (при среднемноголетней
15,2°С). За весь непрерывный 23-х летний только один год (1979 г.) приближался по среднесуточной температуре к такому максимуму, который достигал
17,7 ºС. Суммы осадков вегетационных периодов последних лет имели обеспеченность 87 и 83 % (271 и 299 мм) [Зайдельман, 2009]. Если месячные суммы
дефицитов увлажнения (Ео – Ос) суммировать за вегетационный период, то
максимальный суммарный дефицит (420 мм) был отмечен в 2010 г., а минимальный – 6 мм в 1994 г. В целом за 25 лет сумма дефицита увлажнения более
400 мм фиксировалась 2 раза (1992, 2010), от 300 до 400 мм 3 раза (1979, 1995,
2011), от 200 до 300 мм 6 раз (1975, 1981, 1988, 1989, 1996, 1997), от 100 до 200
мм 5 раз (1983, 1984, 1985, 1986, 1993), от 50 до 100 мм 5 раз (1977, 1978, 1987,
1990, 1991), от 0 до 50 мм 4 раза (1976, 1980, 1982, 1994).
В экстремально жаркие и засушливые периоды почва на контроле (под
черным паром) иссушалась на глубине 10 см значительно: в отдельные сроки
до влажности, близкой к влаге завядания (ВЗ = 11,1 % массы) (табл. 2).
393
Таблица 2
Диапазон варьирования влажности почвы в вегетационные периоды
2010 и 2011 гг.
Минимальная и максимальная влажность почвы (W, % массы)
на глубине 10 см в период исследования
Вариант опыта: вид мульчи
2010 г.
2011 г.
Листовой опад
25,3–31,1
27,0–34,9
Шишки
24,2–29,8
24,6–31,2
Кора
18,7–26,6
27,7–33,9
Щепа
17,0–23,7
31,9–38,3
Контроль
14,0–18,4
13,8–23,8
Под влиянием органических видов мульчи влажность почвы в вегетационные периоды достоверно возрастала (уровень значимости 0,05) на 3,0 – 12,7 и
13,8–23,8% (в 2010 и 2011 гг., соответственно), т.е. приближалась к величине
наименьшей влагоемкости (НВ = 29,1%) под отдельными видами мульчи и даже превышала её значение. Следовательно, форма связи воды с твердой фазой
почвы изменялась под влиянием мульчи от рыхлосвязанной до слабосвязанной
и несвязанной.
В условиях вегетационного периода 2010 г. с КУ = 0,52 влажность почвы
под щепой была ниже (17,0–23,7%), чем под другими видами мульчи (18,7–
31,1%). Однако, в менее засушливый вегетационный период 2011 г. (КУ = 62) с
довольно частыми мелкими осадками мульчирование почвы щепой привело к
максимальному росту влажности почвы (до 31,9–38,3%). Вероятно, щепа, характеризующаяся высокой порозностью, впитывая осадки, разбухала, уплотнялась и существенно снижала испарение влаги из почвы, способствуя увеличению влажности почвы. Листья, кора, шишки, имея меньшую порозность, чем
щепа, часть осадков задерживали на своей поверхности. Влага частично испарялась непосредственно с поверхности мульчи, не достигая самой почвы. Поэтому под этими видами мульчи в вегетационный период 2011 г. отмечена более низкая влажность почвы (24,6–34,9%), чем под щепой. Различные виды органической мульчи характеризуется широким спектром физических свойств
(порозность, влажность, плотность, структура), что существенно отражается на
интенсивности испарения влаги из почвы и в итоге – на режиме ее увлажненности. Эффект от использования мульчи может трансформироваться под влиянием метеорологических условий вегетационного периода. Метеорологические
характеристики (количество и частота осадков, испаряемость, КУ и пр.) существенно влияют на характер полученных закономерностей.
В современных культурных ландшафтах (парках, лесопарках, на дворовых и частных территориях и т.п.) мульчирование используется как декоративный прием, усиливающий эстетическое восприятие артобъектов (солитеров,
групп деревьев и кустарников, цветников и пр.), однако выполненные исследования показывают, что этот прием увеличивает водообеспеченность артоэкосистемы почвы на 3–24%, что позволяет в вегетационные периоды с большим дефицитом увлажнения (420 и 308 мм) избежать возможных засух в Нечернозем394
ной зоне, считавшейся до последних экстремальных лет зоной достаточного
увлажнения.
Список литературы
1. Абакумова Г. М., Исаев А. А., Лукощенко М. А., Шерстюков Б. Г. Тенденции изменений
климата Москвы в конце двадцатого века – в кн. «Природа Москвы». – М.: Биоинформсервис, 1998. – с. 38 – 49.
2. Братсберг У. Х. Испарение в атмосферу. Теория, история, приложения. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 351 с.
3. Будаговский А. И. Испарение почвенных вод. В сб. «Физика почвенных вод». – М.: Наука,
1981. – С. 13 – 95.
4. Гусев Е. М. Испарение воды просыхающей почвой // Почвоведение. 1998. № 8. – С. 921–
927.
5. Зайдельман Ф. Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов: Учебник. – М.: КДУ, 2009. – 720 с.
6. Кулик М. С. Синельщиков В. В. (под ред.). Лекции по сельскохозяйственной метеорологии. – Л., Гидрометеоиздат, 1973. – 340 с.
8. Судницын И. И., Сидорова М. А., Орешкина Н. С., Васильева М. И. Влияние метеорологических условий на изменение запасов влаги в дерново-подзолистой почве // Метеорология и
гидрология. 1988. № 8, – С. 90 – 99.
9. Судницын И. И., Сидорова М. А., Васильева М. И., Егоров Ю. В., Исаев А. А. Влияние
орошения на элементы водного баланса дерново-подзолистой почвы и урожай сельскохозяйственных культур. – Вестн. Моск. ун-та, серия 17, Почвоведение. 2000. № 4. – С. 47 – 50.
10. Шумова Н. А. Прогноз воздействия возможных изменений климата на гидротермические
условия и урожай сельскохозяйственных культур лесостепной и степной зон // Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы. – М.: Наука, 2005. С. 71–107.
395
УДК 551.511.33
МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАДИАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК С
УЧЕТОМ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПОЛЯ
Ю. Р. Ситдикова (СПбГУ), А. В. Доброхотов (СПбГУ), И. Н. Русин (СПбГУ),
Л. В. Козырева (ГНУ АФИ)
ГНУ Агрофизический научно-исследовательский институт Россельхозакадемии
Гражданский проспект 14, Санкт-Петербург, 195220
E-mail: [email protected]
Предложена методика расчета радиационного баланса при безоблачном и пасмурном небе с учетом пространственной неоднородности сельскохозяйственного
поля. Характеристикой структурно-неоднородного растительного покрова сельскохозяйственного поля является проективное покрытие, которое определяется по
специально созданной компьютерной программе. Представлены расчеты суммарной радиации на основе метеорологической радиационной модели через функции
пропускания атмосферных газов незагрязненной атмосферы. Исследованы основные методы расчета противоизлучения атмосферы. Проведена оценка полученных
расчетных характеристик по натурным актинометрическим данным. Представленная методика позволяет с достаточной точностью оценивать радиационные
характеристики сельскохозяйственного поля без их непосредственного измерения.
Ключевые слова: Радиационный баланс, суммарная радиация, противоизлучение
атмосферы, проективное покрытие, пространственная неоднородность
ВВЕДЕНИЕ
Радиационный баланс является основным климатообразующим фактором. Величиной радиационного баланса подстилающей поверхности определяется распределение температур в почве и приземном слое воздуха. Это обуславливает особую роль радиационного баланса при расчетах испарения, при
решении задач прогноза опасных агрометеорологических явлений. Радиационный баланс подстилающей поверхности – это энергетическая база транспирации растительного покрова и его необходимо учитывать в исследованиях влияния окружающей среды на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур. В настоящее время на базе применения дистанционных и современных наземных метеорологических измерений, объединенных с компьютерными средствами, можно по-новому использовать расчетные методы определения характеристик теплового баланса. Это позволит контролировать точность измерений, минимизировать их объем без потери точности, восстанавливать недостающие данные и получать характеристики, не измеряемые непосредственно.
На сельскохозяйственном поле под влиянием солнечной радиации устанавливается радиационный баланс, который включает потоки коротковолновой
и длинноволновой радиации, отраженные и излученные поверхностью. Радиационная энергия на поверхности сельскохозяйственного поля трансформируется в скрытый, явный и направленный в почву потоки тепла. Эти энергетические
потоки формируют микроклимат приземного слоя с соответствующими профилями температуры, влажности и скорости ветра.
396
В данной работе представлена методика расчета радиационного баланса
на основе минимального набора наиболее доступных метеорологических величин. Учтены новые подходы к оценке величин, ориентированные на возможность введения компьютерных технологий определения радиационных характеристик.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Радиационный баланс – это разница потоков приходящей от солнца коротковолновой радиации (суммарной радиации G), с учетом отраженной радиации (А – альбедо подстилающей поверхности), и уходящей длинноволновой радиации (эффективное излучение E) (Братсерт, 1985).
Суммарный поток коротковолновой радиации (G) определяется суммой
прямой (Ib) и рассеянной (Id) радиации. Прямая солнечная радиация на горизонтальную поверхность в условии безоблачного неба и без антропогенных газов в
атмосфере может быть рассчитана через приходящую солнечную радиацию на
верхнюю границу атмосферы (Iex) и ее ослабление (поглощение и рассеяние)
атмосферными газами (Reda, Andreas, 2004):
(1)
=
=
где θz – зенитный угол, T – широкополосные функции пропускания: водяного
пара (Tw), релеевского рассеяния (Tr), поглощение равномерно перемешанных
газов (CO2, CO, N2O, CH4, O2) (Tmg), поглощение озоном (To), ослабление (поглощение и рассеяние) аэрозолями (Tar).
Общая функция пропускания (Ti) для семи основных атмосферных газов
(H2O, O3, CO2, CO, N2O, CH4, O2) описывается уравнением:
=1 –
,
(2)
где m – оптическая масса атмосферы, a, b, c, d – коэффициенты, зависящие от
поглотителя (Reda, Andreas, 2004), ui показывает количество газа, содержащегося в столбе атмосферы. Для водяного пара (q) этот показатель переменный,
для остальных же газов концентрация газов ui постоянна и имеет значения:
1,6
CH4
0,075
CO
330
CO2
0,28
N2O
5
2,095·10 O2
Оптическая масса атмосферы рассчитывается по формуле:
m=
(3)
Значение функции ослабления за счет Релеевского рассеяния и рассеяния
Ми (рассеяние аэрозолями) находятся по формулам:
(4)
397
где β – параметр мутности Ангстрема можно рассчитать по формуле Янга, который зависит от широты (φ) и абсолютной высоты станции (Н) (Reda, Andreas,
2004).В условии ясного неба рассеянная радиация (Id) является суммой однократного (Ids) и многократного рассеяния (Idm) прямой радиации молекулами и
аэрозолями, находящимися в атмосфере (Reda, Andreas, 2004).
=
(5)
где A – альбедо подстилающей поверхности, as – альбедо безоблачного неба,
Taa – функция пропускания аэрозолей за счет поглощения:
(6)
Суммарная радиация при наличии облачности зависит от балла и типа
облачности, наилучшем образом суммарная радиация с учетом облачности исследована в работе (Suckling, Hay, 1977):
j
Gcl = [[( 1  ne )  nci ( 1  tci )]Ib0 + [( 1  n) + nci tci ]Id0 + nsG ψi ]( 1+ α(αc ns + αci nci )
i=1
n
n
s
i
1

(
1

t)

i
i
n'i
1nr
An
B
(
1

s
)
s
n
,
e
A

B
ni 
(7)
где ne – эффективное количество облаков, ns – балл облачности, за исключением Ci-форм в долях единицы, nci – балл Ci-форм, Ib0 – прямая радиация при безоблачном небе, Id0 – рассеянная радиация при безоблачном небе, αc – альбедо
облаков не Ci-форм (колеблется от 0,5 до 0,7, можно брать среднее 0,6), αci –
альбедо Ci-форм (примерно равно 0,2),
j
ψ
i=1
i
– произведение коэффициентов
уменьшений суммарной радиации облачностью, ni – реальный балл облачности
определённого вида в долях единицы, рассчитывается для облачности среднего
яруса и для Cs из верхнего яруса, n'i – видимый балл облачности определённого типа в долях единицы, nr – сумма баллов облачности слоёв, находящихся
ниже i-го в долях единицы, ne – эффективное количество облаков, s – продолжительность солнечного сияния, в долях от максимально возможной, коэффициенты A, B = 2,1
Коэффициент относительного уменьшения суммарной радиации облачностью ( ti ) рассчитывается по формуле (Badescu, 2002):
1 a
ti ( )( )ebm
Gm
(8)
G – суммарная радиация при ясном небе, m – оптическая масса атмосферы,
коэффициенты a, b, зависящие от типа облаков, определяются из таблицы 1.
398
Таблица 1. Коэффициенты a, b уменьшения суммарной радиации облачностью
([a] = [КДж/м2·час]
Тип облачности
Fog
Ns
St
Sc
As
Ac
Cs
Ci
a 645,3 469,3 997,2 1453,9 1634,1 2199,8 3649,5 3444,2
b 0,028 –0,167 0,159 0,104 0,063 0,112 0,148 0,079
Суммарная радиация при безоблачном небе G также должна быть
представлена в этих единицах. Допускается, что Ns = Cb, Sc = Cu, Cs = Cc)
Эффективное излучение (E) состоит из длинноволнового излучения Земли ( ) и противоизлучения атмосферы (Ea). Существует несколько формул для
расчета противоизлучения атмосферы при безоблачном небе (Русин, 2010а):
Формула Ангстрема:
(9)
(10)
Формула Брента:
Формула Братсерта:
(11)
Формула Русина:
(12)
где e – парциальное давление водяного пара, Ta – температура воздуха, Td –
точка росы, параметр k  1.
При облачном небе эффективное излучение определяется по формуле
(Кондратьев, 1965)
Ecl = E( 1  0,024n  0,004n 2 )
(13)
где Ecl – эффективное излучение при наличии облачности, E – эффективное
излучение при ясном небе n – балл облачности (от 0 до 10).
Для мониторинга микроклимата данного сельскохозяйственного поля в
разные временные промежутки вегетационного периода необходимо для определенных задач оценивать радиационные характеристики оголенной почвы и
поверхности посева, одновременно. Например, для корректировки температуры
поверхности, полученной из дешифровки космических снимков. Известно, что
микроклиматическая изменчивость радиационного баланса является результатом изменчивости альбедо, температуры и излучательной способности подстилающей поверхности. Последним фактором часто пренебрегают, так как излучательная способность различных природных образований колеблется в пределах: от 0,90 до 0,98. Но хотя влияние изменчивости излучения меньше, чем
влияние изменчивости альбедо или температуры подстилающей поверхности,
оно достаточно заметно и его надо учитывать при детальном анализе причин
микроклиматических особенностей радиационного баланса.
Растительный покров обладает временной пространственной неоднородностью. В период роста растений и развития надземной биомассы происходит
увеличение высоты растений, и площади проективного покрытия, т. е. заполнение промежутков между растениями. В предельном случае растительный покров становится сомкнутым. Другой вариант неоднородности на сельскохозяй399
ственном поле это способ посева по рядам с большими междурядными расстояниями. В этом случае радиационные потоки желательно разделить для того
чтобы более точно определить оптимальное биологическое водопотребление
культуры. Величина проективного покрытия в посевах изменяется от 0 до 1.
Пространственная неоднородность поля определяется коэффициентом проективного покрытия, который равен отношению площади, занимаемой растительностью ко всей площади поверхности почвы и чем меньшую поверхность занимает растительность на определенном участке поля, тем важнее разделенная
оценка радиационных характеристик. Например, на рисунке 1 приведены фото
участка поля с овсом и модельного изображения, полученного с помощью компьютерной программы, которая определяет коэффициент проективного покрытия. Для этого участка поля с овсом рассчитан радиационный баланс с растительной поверхности (Rn(c))и почвы (Rn(s)), зависящий от альбедо и температуры растительности, и от альбедо и температуры почвы, соответственно.
Формулы для расчета (Sanchez, 2008) имеют вид:
Rn(s) = (1 – α(s))Rs + G – E(s)
Rn(c) = (1 – α(c))Rs + G – E(c)
(14)
Rn = (1 – fc)·Rn(s) + fc·Rn(c)
где α(s), α(c) – альбедо почвы и растительности, E(s), E(c) – тепловое излучение
почвы и растительности, fc – проективное покрытие, выраженное в долях единицы.
а)
б)
в)
Рис. 1. Фотографии: а) участка поля, для которого производились вычисления;
б) смоделированное изображение участка поля; в) радиационный баланс от почвы и
растительности
Для проверки методики расчета радиационных характеристик использовались данные актинометрических измерений, находящиеся в открытом доступе, метеостанции Тарту (58°18′ с.ш. 26°44′ в.д.). Данные брались для разных погодных условий: безоблачное небо 31 мая 2009 г., пасмурное 23 августа 2009 г.
Для разделения составляющих радиационного баланса в зависимости от
проективного покрытия, были произведены измерения автоматизированным
мобильным полевым агрометеорологическим комплексом АМПАК (Ефимов,
2010).Измерения
проводились
на
Меньковской
опытной
станции
400
Агрофизического института (59°26′ с.ш. 30°02′ в.д.) 8 июня 2011 на участке
поля с овсом(fc = 0,4). Температуры затененой (fc = 0,1), освещенной
почвы(fc = 0,5) растительной поверхности (fc = 0,4) измерялись ручным
пирометром, синхронно с автоматическим комплексом.
Для наглядного представления этапов расчета предлагаемой методики на
рисунке 2 приведена схема расчета радиационного баланса. Необходимые актинометрические данные полученные с автоматической метеостанции (Тарту
(58°18′ с.ш. 26°44′ в.д.).
Рис. 2. Схема расчета радиационного баланса с учетом проективного покрытия
сельскохозяйственного поля
РЕЗУЛЬТАТЫ
Суммарная радиация, рассчитанная при разных погодных условиях (пасмурное и безоблачное небо), близка по фазе с измеренной радиацией (рис. 3) со
средней абсолютной ошибкой 7,6–10,2 Вт·м–2, что находится в пределах погрешности актинометрических измерений (Русин, 2010) и средним квадратическим отклонением 10,8–14,4 Вт·м–2.
401
Рис. 3. Суточный ход суммарной радиации измеренной (1) и рассчитанной (2) в условиях
пасмурного и безоблачного неба
Расчет противоизлучения атмосферы (рис. 4) для безоблачного неба производился по четырем формулам: Ангстрема, Брента, Братсерта, Русина.
Наименьшую среднюю абсолютную ошибку в 13,5 Вт·м–2 и средним квадратическим отклонением 14,7 Вт·м–2, что также в пределах погрешности актинометрических измерений (Русин, 2010), имеет формула Ангстрема (9), которая используется для дальнейших вычислений.
Рис. 4. Суточный ход противоизлучения атмосферы при безоблачном небе измеренное и
рассчитанные по четырем методикам (Ангстрем, Брент, Братсерт, Русин)
Противоизлучение атмосферы, рассчитанное в условии пасмурного неба,
совпадает по фазе с измеренным (рис. 5) со средней ошибкой 8,2 Вт·м–2 и средним квадратическим отклонением 12,6 Вт·м–2, что в пределах погрешности актинометрических измерений (Русин, 2010).
402
Рис. 5. Суточный ход противоизлучения атмосферы при облачном небе измеренного (1) и
рассчитанного (2)
Радиационный баланс, рассчитанный при разных погодных условиях (облачное и безоблачное небо) хорошо совпадает по фазе с измеренным радиационным балансом (рис. 6). Средняя ошибка 9,2–11,4 Вт·м–2, что в пределах погрешности актинометрических измерений и средним квадратическим отклонением 11,2–14,8 Вт·м–2.
Рис. 6. Суточный ход радиационного баланса измеренного (1) и рассчитанного (2) в условиях
облачного и безоблачного неба
Результаты расчёта радиационного баланса участка поля с овсом (МОС,
2011 г.) представлены в таблице 2. Данные, приведенные в таблице, показывают различный вклад температур растительности и почвы в радиационный баланс сельскохозяйственного поля, а также насколько важно учитывать при этом
проективное покрытие. Так, например, если при условиях не сомкнутого покрова, мы используем температуру поверхности освещенной почвы, то расчетные значения радиационного баланса сельскохозяйственного будут сильно завышены, затененной почвы – занижены. Радиационный баланс растительного
покрова также зависит проективного покрытия. Исследование влияния неоднородности на радиационные характеристики сельскохозяйственного поля могут
являться наземной калибровкой для дешифровки космических снимков и распознавания на них неоднородных пикселей.
403
Таблица 2. Изменение радиационного баланса в зависимости от температуры
подстилающей поверхности
Темп
Время
воздуха
09:50
21,5
Относ
влажн.
воздуха
34,5
Состояние
почвы
Увлажн.
Tc
(°C)
∆Rn
Вт·м–
2
10:10
21,5
33,1
Подсох.
Ts
(°C)
∆Rn
Вт·м–
2
12:45
24,4
21,9
Естест.
сух.
Ts
(°C)
∆Rn
Вт·м–
2
Тc и ∆Rn
растения
овёс
Тs и ∆Rn
затенённой
почвы
Ts и ∆Rn
освещенной
почвы
Ts и ∆Rn
всей поверхности
(Ампак)
19,1
17,3
23,5
22,0
–3,7
–25,7
8,1
8,3
19,5
18,4
29,5
22,7
–20,4
–38,7
24,1
–6,6
23,0
25,9
42,3
32,0
–53,3
–49,9
52,7
–3,9
Примечание: Tc – температура растительности, Ts – температура поверхности почвы,
(∆Rn = Rn(s), Rn(c) – Rn) – отклонение от радиационного баланса с учетом проективного покрытия, проективное покрытие: 0,4 – растительность, 0,1 – затененная почва, 0,5 – освещенная почва
ВЫВОДЫ
Предлагаемая методика позволяет достаточно точно рассчитывать суммарную радиацию, эффективное излучение и радиационный баланс в пределах
погрешности актинометрических измерений для безоблачного неба и неба со
стабильной облачностью, однако для переменной облачности результаты неоднозначны и требуют дополнительного экспериментального исследования. Учет
проективного покрытия сельскохозяйственного поля позволяет оценивать более
точно суммарное испарение с посевов определенной культуры. При наличии
данных о температуре поверхности сельскохозяйственного поля (измеренной
пирометром или полученной из дешифровки космических снимков), данных
градиентных измерений и данных о проективном покрытии растений возможно
более точное определение скрытого и явного потоков тепла над поверхностью
поля с пространственной неоднородностью. Разработанная методика определения характеристик радиационного баланса неоднородной подстилающей поверхности позволит создать информативную, легкодоступную компьютерную
программу для широкого пользования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Братсерт У. Х. 1985. Испарение в атмосферу. Л.: Гидрометеоиздат.
Ефимов А. Е. 2010. Метод определения количества тепла, влаги и количества движения в
стратифицированном приземном слое. Метеорология и гидрология. 9:86-95.
Кондратьев К. Я. 1965. Актинометрия. Л.: Гидрометеоиздат.
404
Русин И. Н. 2010а. Обоснование формул для противоизлучения атмосферы при ясном небе.
Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета.
17:32-40.
Русин И. Н. 2010б. Влияние на расчет инсоляции погрешностей определения положения
солнца. Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 15:33-43.
Badescu V. 2002. A new kind or cloudy sky model to compute instantaneous values of diffuse and
global solar irradiance. Theor.Appl.Climatol.72:127-136.
Sanchez M., V. Caselles V. and W. P. Kustas W. P. 2008. Estimating surface energy fluxes using a
micro-meteorological model and satellite images. Journal of Weather & Climate of the Western
Mediterranean. 25–36.
Suckling P. W., Hay J. E. 1977. A Cloud Layer-Sunshine Model for Estimating Direct, Diffuse and
Total Solar Radiation. Atmosphere Volume 15. 4:194-205.
Reda I. Andreas A. 2004. Solar position algorithm for solar radiation applications. Elseviar, Solar
Energy. 76:577-589
Psiloglou B. E., Kambezidis H. D. 2007. Performance of the meteorological radiation model during
the solar eclipse of 29 March 2006.
405
УДК 331.58(470.23)
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ МОНИТОРИНГОВЫХ
РАБОТ НА МЕЛИОРИРУЕМОМ ОБЪЕКТЕ
П. А. Суханов, А. А. Комаров, С. Н. Ковтюх
ГНУ АФИ Россельхозакадемии
С 2008 г. в условиях Ленинградской области была восстановлена сеть тестовых полигонов, на которых проводится мониторинг показателей плодородия
почв земель сельскохозяйственного назначения. Большая часть мониторинговых площадок расположена на мелиорируемых землях. К числу таких объектов
относится и тестовый полигон ЗАО «Осьминское» [1]. Полигон расположен на
мелиорируемом объекте в лесной зоне Северо-Западной Европейской провинции Лужско-Оредежского округа Сланцевского района Ленинградской области.
Участок полигона размещается в пределах кормового севооборота, площадь
полигона составляет 25,8 га.
Территория полигона расположена в районе деревни Велетово в непосредственной близи к озеру Самро на равнинной местности с небольшим уклоном к озеру (от уреза воды до границы полигона менее 200 м). Координаты полигона 58°99'-59°00'северной широты и 28°69'–28°71'восточной долготы. На
участке полигона заложен закрытый дренаж, по периферии участка имеются
открытые водоотводные канавы.
Почвенный покров участка однородный, представлен одной почвенной
разновидностью: дерново-слабоподзолистой слабооглееной средне – суглинистой почвой. Строение профиля и морфологические особенности почвы характеризуются описанием разреза, заложенного в центральной части участка на
типичном месте. Характерной особенностью почв участка является наличие
мощного гумусового горизонта от 28 до 37 сантиметров, отсутствие сплошного
подзолистого горизонта, слабая морфологическая выраженность признаков
подзолистого процесса, когда выделяется лишь переходный горизонт А2В. По
всему профилю имеются включения гальки и хряща, что свидетельствует о
ледниковом происхождении почвообразующей породы. Появление красноцветности в окраске мелкозема и мелких карбонатных включений в нижней части
профиля характерно для ледниковых моренных суглинков в районах приближенных к Ордовикскому плато. Выровненный характер поверхности участка и
тяжелый гранулометрический состав почвообразующей породы обусловливают
замедленный поверхностный и вертикальный отток влаги. Вследствие этого в
профиле почв происходит кратковременный (весной после снеготаяния и осенью в период дождей, а иногда и летом при избыточном выпадении дождей) застой влаги и переувлажнение. Это приводит к созданию анаэробных, восстановительных условий, слабому оглеению профиля почв, начиная с горизонта А2В.
Для получения высоких урожаев подобные почвы нуждаются в регулировании
водно- воздушного режима, что и реализовано на данном объекте путем осушительной мелиорации.
406
Полигон разбит на четыре элементарных участка. Первый и третий
участки примыкают к дороге, и расположены в верхней части слабо пологого
склона. Второй и четвертый участки расположены ниже по склону соответственно первого и третьего участков. Следует заметить также, что первый и
второй участок примыкают непосредственно к деревне. При однотипности почвы местоположение элементарных участков может в определенной степени
влиять на величину показателей отдельных свойств, особенно в пахотном горизонте.
Кроме процесса оподзоливания данные почвы имеют еще один процесс –
оглеения. Подобные почвы формируются в условиях затруднительного дренажа
при сезонном переувлажнении при сочетании промывного и застойного водных
режимов. Для получения высоких урожаев подобные почвы нуждаются в осушении, что и реализовано на данном объекте путем мелиорации.
Результаты анализа проб почв по генетическим горизонтам почвенного
профиля и почвенных образцов из пахотного горизонта на элементарных
участках представлены в таблице.
Таблица. Агрохимическая характеристика почвы тестового полигона
ЗАО «Осьминское»
№
п/п
1
2
3
4
5
1
2
3
4
Шифр
рН сол,
ед. рН
Апах (0-22)
6,2
А1 (22-34)
6,3
А2Вq(34-54)
5,8
В (64-95)
5,4
С (85-102)
6,9
Ключевые участки
А пах №1
6,3
А пах №2
6,0
А пах №3
6,4
А пах№4
6,4
Р2О5,
мг/кг
К2О,
мг/кг
Орг. в-во,
%
Hг,
ммоль/100г
300
325
220
550
650
197
170
164
153
153
3,82
3,25
1,45
0,27
–
1,31
1,13
1,56
1,43
1,08
Сумма
обм. осн.,
ммоль/100 г
14,0
14,4
4,8
15,4
40,8
513
348
300
250
197
129
153
129
3,12
3,78
3,23
3,18
1,08
1,40
0,99
1,15
13,8
12,4
16,0
14,8
Почва описываемого характеризуемого полигона характеризуется
нейтральной реакцией пахотного горизонта, показатели рН выше 6,0, не значительной гидролитической кислотностью (0,99–1,44 ммоль/100 г почвы), повышенным содержание поглощенных оснований(12,4–16,0 ммоль/100 г почвы),
высокой степенью насыщенности основаниями (90–95%). Содержание гумуса
(органическое вещество) в пахотном горизонте среднее (3,12–3,87%), содержание доступного фосфора очень высокое (250–513 мг на 1 кг почвы), содержание
обменного калия повышенное (129–197 мг на 1кг почвы). Показатели свойств
подпахотного гумусового горизонта по всем показателям очень близки с характеристиками пахотного горизонта. В срединных горизонтах незначительно возрастает гидролитическая кислотность, а показатель рН снижается до близкой к
нейтральной реакции. В нижнем горизонте показатель рН вновь возрастает до
уровня нейтральной среды, резко увеличивается сумма поглощенных оснований, до 40,8 ммоль/100г почвы, что характерно для карбонатных пород. Содер407
жание обменного калия по профилю почв несколько уменьшается, но остается
на уровне выше среднего, содержание доступного фосфора вниз по профилю
возрастает до 650 мг на 1кг почвы в нижнем горизонте, что свидетельствует о
зафосфаченности почв.
По территории полигона между элементарными участками отмечается
лишь незначительное варьирование исследованных показателей. Можно отметить достаточную выравненность этого полигона по основным агрохимическим
показателям, характеризующим плодородие почв. Кроме разноплановой оценки
состояния почвенного и растительного покрова важным параметром оценки на
мелиорируемом полигоне является изучение его гидрологического состояния. В
том числе изучение количества и качества дренажных стоков, качества грунтовой, дождевой воды, а в зимний период объем снегонакопления и качество снега. На основании 5 летних исследований на данном полигоне существенных
различий в показателях качества грунтовой воды между пробами разных лет не
обнаружено. Во всех исследуемых образцах воды полигона за годы наблюдений не обнаружено превышения показателей выше ПДК.
Литература
1. Комаров А. А., Суханов П. А. О мониторинге плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения в условиях Ленинградской области // Известия СПбГАУ. 2010.
№ 21. – С. 11–17.
408
УДК 631:551.5
ПОГОДООБУСЛОВЛЕННАЯ УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И
ЯЧМЕНЯ В ЦЕНТРАЛЬНЫХ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ОБЛАСТЯХ И
СРЕДНЕМ ПОВОЛЖЬЕ
Тарасова Л. Л., Шульгин И. А.
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
В сельском хозяйстве самой важной задачей было, есть и будет формирование высокой урожайности возделываемых культур. Безусловно, продуктивность сельскохозяйственных культур и качество растениеводческой продукции
подвержены значительным временным колебаниям, которые связаны как с
природными аномалиями, так и с экономическими. Принято считать, что величина урожайности зависит в основном от двух факторов: объема и эффективности вкладываемых средств и погодных условий.
Повышение урожайности не в последнюю очередь связывают и с разработкой и внедрением современных интенсивных технологий, которые в отличие от агротехники, исключают рецептурный шаблонный подход к выращиванию культур. Они требуют применения необходимых приемов на основе анализа состояния посевов на каждом участке во все периоды роста и развития растений. Иногда интенсивную технологию называют биологи ческой, подчеркивая этим, что применение каждого его элемента должно строго согласовываться
с биологией культур.
Понятно, что бесконечного роста продуктивности сельскохозяйственных
культур нет и быть не может. В связи с этим представляет интерес обоснование
возможного биологического и хозяйственного урожая, который можно получить в современных климатических условиях.
Вопрос о максимальной урожайности будет нами рассмотрен с позиции
агрометеорологии, т.е. с комплексного рассмотрения основных агрометеорологических ресурсов – фотосинтетически активной солнечной радиации (ФАР),
режимов осадков, влажности почвы, температур воздуха и почвы.
В настоящей работе под термином «потенциальная урожайность» мы
понимаем урожайность, обусловленную только тремя факторами – приходом к
посеву ФАР, её поглощением и эффективностью её использования на создание
биомассы. Принимается, что состояние посевов отличное и в целом оптимальное – они имеют оптимальную для вида (сорта) оптико-физиологическую плотность поглощающих ФАР фитоэлементов [2, 3, 6, 7, 8, 9, 11]. Она обусловлена
определенной нормой высева семян, количеством растений и их побегов на
единице площади земли, количеством и площадью листьев с характерной для
них азимутальной и наклонной ориентацией. В таком посеве оптимальный листовой индекс LAI позволяет посеву в течение дня работать наиболее эффективно при разных интенсивностях ФАР.
Погодообусловленная урожайность учитывает, наряду с радиацией, суммы осадков, запасы продуктивной влаги после стаивания снежного покрова и в
период налива зерна; она меньше потенциальной урожайности, т.к. в чернозем409
ных областях в годы с засухами рост зерновых культур в первую очередь лимитирует недостаток почвенной влаги.
Для изучения и выявления потенциальной продуктивности растений
наиболее эффективна энергобалансовая модель, базирующаяся на уравнении
энергетического баланса [1, 4, 8, 10, 12]
Q·А=QM+QT+Qt+Qir,
в котором приход лучистой энергии Q с учетом коэффициента её поглощения А
посевом равен расходу поглощенной энергии на формирование биомассы QM в
процессе газообмена, на транспирацию QT, теплообмен со средой Qt и на ряд
низкоэнергетических регуляторных процессов фотоморфогенеза Qir. Вычисление QM позволяет найти сухую биомассу посева и, далее, определить урожайность.
Созданная нами модель потенциальной урожайности уже была детально
представлена в наших публикациях [4, 5, 12] поэтому сразу перейдем к рассмотрению результатов.
Наиболее интересной задачей была оценка урожайности, которую можно
получить в условиях современного сельскохозяйственного производства. Понятно, что при существующем уровне агротехники, а также в условиях лимита
влаги в почве в засушливые годы КПД поглощенной ФАР по использованию в
газообмене посева за период роста будут менее 5%. Соответственно с уменьшением влагопотребления растений снижается их транспирация, КПД ФАР (с
3–4 до 1%); при этом уменьшается и доля массы зерновок в общей биомассе.
Уровень агротехники здесь не определен – при максимальных значениях КПД
он высокий, но если КПД всего лишь 1–2%, то возможны как погодные причины снижения урожая (засуха, недостаток тепла и др.), так и агротехнические
(например, недостаток минерального питания, засоренность посевов и т.п.).
Нам известны ЗПВ в метровом слое почвы весной (на конец декады, когда появились всходы ранних яровых культур) и летом (период колошенияцветения), а также сумма осадков за этот период. На основе уравнения водного
баланса можно рассчитать фактическое влагопотребление растений за период
роста. В течение этого периода в конкретный момент времени эта влага идет в
ткани и органы растений и на транспирацию, однако, в конечном итоге, в период формирования урожая, когда растение засыхает, она испаряется, поэтому
для краткости и удобства расчетов далее термин «транспирация» мы употребляем как синоним «влагопотребления».
За период от всходов до молочной спелости возможная транспирация
яровой пшеницы и ячменя составляет, по нашим расчетам, в среднем около
200–220 мм, а фактическая обычно не превышает 100-160 мм (табл. 1).
410
Таблица 1
Влагообеспеченность посевов ранних яровых зерновых культур
Область
Курская
Тамбовская
Воронежская
Самарская
Саратовская
Сумма
осадков за
период
«всходы –
цветение»,
мм
Запасы продуктивной
влаги в метровом слое
почвы в период, мм
Фактическая
транспирация, в мм
всходов
цветения –
начала
налива зерна
102
214
158
158
50…159
154…278
101…272
79…216
121
197
138
180
51…247
120…303
58…198
98…322
87
212
145
154
24…159
181…259
87…225
94…252
55
126
76
105
13…136
91…179
17…125
47…182
47
110
53
104
3…114
64…162
0…116
45…175
Потенциальная транспирация, в мм
219
201
203
223
203
В верхней строке – среднее за период; в нижней – наименьшая…наибольшая величина.
Таким образом, зная соотношение фактической и потенциальной транспирации можно соответственно уменьшить и суммы QМ и саму биомассу М, откуда легко найти и урожайность. Эту величину мы назвали погодообусловленной урожайностью, т.е. зависящей не только от ФАР, но и от запасов влаги в
почве и количества осадков за период активного роста (табл. 2).
Погодообусловленная урожайность ранних яровых зерновых культур в
центральных черноземных областях составляет 30-35 ц/га, в Среднем Поволжье
– 20–25 ц/га (Тарасова и др., 2011), и лишь в отдельные годы – 30–32 ц/га.
В тоже время средняя за период 1996-2010 гг. урожайность яровых ячменя и пшеницы в указанных регионах составляет соответственно 20-22 ц/га и 1011 ц/га. Рассчитанная по элементам продуктивности урожайность яровой пшеницы (по примерно 50 участкам выбранных станций за 15 лет) несколько выше
25-35 ц/га, т.е. равна погодообусловленной (!) (табл. 2). Укажем, что значительная часть наблюдательных участков метеорологических станций расположена
на полях с высоким уровнем агротехники – в передовых хозяйствах или на
производственных площадях научных учреждений Россельхозакадемии.
411
Таблица 2
Потенциальная, погодообусловленная, расчетная по элементам
продуктивности колоса и средняя по области урожайность ранних яровых
зерновых культур в среднем за период 1996–2010 гг.
Область
Потенциальная
Погодообусловленная
урожайность,
урожайность, ц/га
ц/га
Расчетная по
элементам продуктивности
урожайность,
ц/га
Средняя по
области урожайность,
ц/га
Курская
51
35
37
22
Тамбовская
48
34
35
21
Воронежская
47
35
36
21
Самарская
46
24
23
13
Саратовская
43
21
20
11
Разницу между погодообусловленной урожайностью и среднеобластной
мы назвали агротехнологической компонентой. Интересно отметить, что она в
среднем за период одинакова во всех пяти областях и составляет около 10 ц/га.
В годы с засухой эта компонента мала (около 5 ц/га), зато в благоприятные годы она достигает 15 ц/га и более. Такое распределение объясняется нивелирующим действием засухи на формирование урожайности зерновых культур. В
напряженных агрометеорологических условиях страдают как хорошо развитые,
ухоженные, так и слабые, испытывающие дефицит минерального питания, посевы.
Из сказанного следует также, что достаточно низкий уровень получаемых
урожаев связан не с суммами ФАР и запасами продуктивной влаги, а, повидимому, с невысоким уровнем агротехники (включая минеральное питание
растений). Разумеется, наряду с этим свою роль в величинах конечной продуктивности может играть и неравномерность, апериодичность прихода и действия
многих факторов (суточных сумм ФАР, осадков, дневных температур воздуха,
интенсивности поглощения минеральных веществ из почвы и т.д.).
Итак, на основе модели показано, что погодобусловленная урожайность
яровой пшеницы в ЦЧО составляет 30–35 ц/га и для получения таких урожаев
необходимо как минимум 150–180 мм влаги. Это расчетное количество влаги
практически равно фактическому, а, следовательно, возможно повышение урожайности яровых зерновых культур на 50–60% от современного уровня, т.е. до
уровня погодообусловленной урожайности этих культур.
Литература
1. Ничипорович А. А. Фотосинтез и теория получения высоких урожаев // 15-е Тимирязевское
чтение. – М.: АН СССР, 1956, 93 с.
2. Ничипорович А. А., Шульгин И. А. Фотосинтез и использование энергии солнечной радиации. – Л.: ИФР АН СССР и БАН СССР, 1975, 202 с.
412
3. Росс Ю. К. Радиационный режим и архитектоника растительного покрова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 342 с.
4. Тарасова Л. Л., Шульгин И. А. Гидро-радиационный режим и урожайность яровых зерновых культур в центральных черноземных областях и Среднем Поволжье // Вестн. Моск. унта. Сер. 5. География, 2010, №4, с. 30–33.
5. Тарасова Л. Л. Агрометеорологическая энергобалансовая оценка потенциальной урожайности яровой пшеницы и ячменя. Автореферат дисс. … к.г.н. – М.: Метеоагенство Росгидромета, 2012, 28 с.
6. Тооминг Х. Г. Солнечная радиация и формирование урожая. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977,
200 с.
7. Тооминг Х. Г. Экологические принципы максимальной продуктивности посевов. – Л., Гидрометеоиздат, 1984, 264 с.
8. Шульгин И. А. Растение и Солнце. – Л.: Гидрометеоиздат, 1973, 252 с.
9. Шульгин И. А. Архитектура растений и продукционный процесс в оптимальных условиях.
// Фотосинтез и продукционный процесс. – М.: Наука, 1988, с. 115–135.
10. Шульгин И. А. Лучистая энергия и энергетический баланс растений. Фитометеорологические и эколого-географические аспекты. – М.: Альтекс, 2004, 141 с.
11. Шульгин И. А., Климов С.В., Ничипорович А.А. Об адаптивности архитектуры растений к
солнечной радиации. – Физиология растений, 1975, Т. 22, вып. 1, с. 40–48.
12. Шульгин И.А., Тарасова Л. Л., Сенников В. А. Агрометеорологические аспекты оценки
урожаев в условиях климатических изменений. // Адаптация сельского хозяйства России к
меняющимся погодно-климатическим условиям – М.: Изд. РГАУ-МСХА, 2011, с. 90–100.
413
УДК: 631:51 (470.621)
НОВЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ (СЛОЖЕНИЯ) ПОЧВЫ
Р. К. Тугуз, Н. И. Мамсиров
ГНУ Адыгейский НИИСХ Россельхозакадемии
Соотношение в почве с ненарушенным сложением объемов твердой фазы,
капиллярной и некапиллярной пористости определяет ее строение. Под общей
пористостью понимают суммарный объем всех пор и промежутков между почвенными частицами, выраженный в процентах объема почвы.
Пористость зависит от состава и сложения почв. Так, в нижних горизонтах минеральных почв она составляет около 35–45%, в пахотном слое может
повышаться до 55–70%. Высокой пористостью обладают почвы, богатые гумусом, структурные (55–5%) и особенно торфяные. У бедных органическим веществом и бесструктурных почв она равна 40–45% и менее.
Сумма объемов всех капиллярных промежутков образует капиллярную
пористость, а некапиллярных промежутков – некапиллярную. На структурных
почвах эти виды пористости нередко называют соответственно внутриагрегатной и межагрегатной пористостью. Достаточное количество некапиллярных
промежутков обусловливает хороший газообмен почвы с атмосферным воздухом и улучшает проникновение воды, которая впитывается и задерживается в
капиллярных порах.
Величина общей пористости и соотношение объемов некапиллярных и
капиллярных пор характеризуют строение почвы. Структурные почвы имеют
хорошо развитую некапиллярную и капиллярную пористость. В таких почвах
даже после сильного увлажнения влага удерживается внутри агрегатных пор, а
межагрегатные поры заняты воздухом. Одновременное содержание в почве
воздуха и влаги создает благоприятные условия для жизнедеятельности корней
растений и аэробных микроорганизмов, обеспечивая снабжение растений элементами азотного и зольного питания.
При решении вопроса обработки слитых черноземов Адыгеи необходимо
одновременное определение структурно-агрегатного состава, плотности и строения почвы. Последнее является наиболее затратным по времени, что и обусловило необходимость разработки предлагаемого метода.
Существуют несколько методов определения строения (сложения) почвы:
по массе (пикнометрический метод), по плотности (по Н. И. Качинскому), по
разности плотности почвы и твердой фазы почвы, по разности порозностей и
т.д.
Пикнометрический метод позволяет значительно быстрее определить
строение почвы, но дает менее точные результаты в сравнении с методом
насыщения в цилиндрах.
Предлагаемый метод определения пористости почвы отличается тем, что
общая и некапиллярная пористость (порозность) рассчитываются по результатам
определения агрегатного состава и плотности (объемной массы).
Преимущества данного метода:
414
1. Большая производительность и меньший срок получения результата (до
4-х дней, что важно при диагностике на предмет выбора глубины обработки и целесообразности допустимости ее проведения на текущий момент);
2. При агрофизической оценке агроприемов важен комплексный учет показателей.
При использовании предложенного способа отпадает необходимость в
применении специальных методов определения строения (сложения) почвы.
Обычно определяют: 1) плотность (чаще всего), затем 2) агрегатный состав
(реже), 3) водопрочность (еще реже), а сложение (из-за трудоемкости) определяется очень редко.
Метод применим в научных исследованиях и при диагностике.
1. Расчет общей пористости (порозности) (Pобщ, %).
/
Pобщ ,%  Pобщ
/V.



/
(%).
Pобщ
 10,8ln 100x  
ln 100x 

2. Расчет некапиллярной пористости (Pнк, %)
Pнк ,%  Pнк/ / 1,1V .

0,8 
Pнк/  10,0ln 10x  
 (%).


ln
10x


3. Расчет капиллярной пористости (Pк, %)
PК  Pобщ  Pнк , (%)
Обозначения:
/
Pобщ
– общая пористость при V = 1,0 г/см3,
V – плотность (объемная масса) почвы,
ℓ = 2,718 (основание натурального логарифма),
x – корень квадратный из средневзвешенного диаметра (в мм) всех агрегатов (включая >10,0 мм и <0,25 мм).
Примечание: При расчете средневзвешенного диаметра агрегатов для
фракции >10,0 мм берется значение 11,0 мм; для фракции <0,25 мм – 0,13 мм,
для фракции 10...5 мм – 7,5 мм; для фракции 5...3 мм – 4 мм; для фракции 3...2
мм – 2,5 мм; для фракции 2...1 мм – 1,5 мм; для фракции 1,0…0,5 мм – 0,75; для
фракции 0,5...0,25 мм – 0,38 мм.
Исследования Д. И. Бурова [1], В. П. Гордиенко [2] А. Г. Дояренко [3], и
других авторов по изучению строения почвы методом насыщенных колонок
свидетельствует о следующем: по мере увеличения размеров структурных агрегатов общая и некапиллярная пористости увеличиваются, а капиллярная пористость уменьшается. Указанное увеличение при графическом изображении
(рис.) напоминает логарифмическую функцию, что обусловило поиск формулы,
связывающей строение почвы с ее агрегатным составом и плотностью.
415
Рис. Расчет общей (Робщ) и некапиллярной (Рнк) пористости по результатам определения
структуры и плотности почвы,
/
/
где Pобщ и Pнк – общая и некапиллярная пористость при плотности почвы 1,00 г/см3,
V – фактическая плотность; ℓ=2,718.
В микроструктурных или состоящих только из первичных частиц почвах
некапиллярная пористость практически отсутствует, а общая представлена капиллярной пористостью. Агрофизический и математический смысл члена (10х)
в формуле определения некапиллярной пористости заключается в том, что при
размере микроагрегатов ≤ 0,1мм названная пористость маловероятна, а удесятеренная величина дает 1,0 (логарифм единицы равен нулю).
В формуле для определения общей пористости взято (100х) –
100  0,01 = 1, хотя в действительности капиллярная пористость полностью исчезает.

0,8
Коэффициенты в формулах (10,8 и 10,0), поправки
и
,
ln 100x 
ln 10x 
необходимость брать корень квадратный из средневзвешенного диаметра агрегатов установлены в процессе согласования результатов расчета с фактическими данными, полученными в исследованиях Адыгейского НИИСХ.
Список литературы
1. Буров, Д. И. Научные основы обработки почв Заволжья. – Куйбышев, 1970. – 294 с.
2. Гордиенко, В. П. Научные и практические основы рациональной системы обработки южных черноземов: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. / В. П. Гордиенко.– Жодино, 1981. – 35 с.
3. Дояренко, А. Г. К изучению структуры почвы как соотношения некапиллярной и капиллярной совокупности и ее значение в плодородии почв / А. Г. Дояренко // Избр. соч. – М.,
1963. – С. 116–141.
416
УДК 631.445:633
БЕССМЕННОЕ ВОЗДЕЛЫВАНИЕ ГАЛЕГИ ВОСТОЧНОЙ –
ЭФФЕКТИВНЫЙ ПРИЕМ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ
ЭРОДИРОВАННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ,
СФОРМИРОВАННЫХ НА ЛЕССОВИДНЫХ СУГЛИНКАХ
А. М. Устинова, А. В. Юхновец
институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь
Для оптимального построения севооборотов на эрозионноопасных почвах
наряду с планируемой продуктивностью необходимо принимать во внимание
почвозащитную роль сельскохозяйственных культур, а также хозяйственную
целесообразность их возделывания. Растительность всех видов является мощным противоэрозионным фактором, который в наибольшей степени может регулироваться воздействием человека. Основной почвозащитный эффект оказывают наземные части растений.
Проведенные в институте почвоведения и агрохимии НАН Беларуси исследования позволили определить коэффициенты почвозащитной способности
сельскохозяйственных культур. Они изменяются от 0,15 для пропашных культур (картофель, сахарная свекла, корнеплоды) до 0,98 для многолетних трав
второго-третьего годов пользования.
Цель исследований заключалась в оценке влияния бессменного возделывания галеги восточной и культур кормового севооборота на показатели противоэрозионной устойчивости эродированных дерново-подзолистых почв, сформированных на мощных лессовидных суглинках, их агрофизические и агрохимические свойства.
Экспериментальные исследования проводились в условиях центральной
почвенно-экологической провинции Беларуси на стационаре «Стоковые площадки» института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси (СПК «Щемыслица» Минского района). Полевой опыт заложен по геоморфологическому профилю (катене) от водораздельной равнины до подножья склона северной экспозиции крутизной 5–6°.
Объектом исследований являлись в разной степени эродированные дерново-подзолистые почвы, сформированные на мощных лессовидных суглинках.
На водораздельной равнине расположена неэродированная почва, в верхней части склона – слабоэродированная, в средней – среднеэродированная, в нижней
– глееватая намытая почва.
Сравнительная оценка свойств эродированных почв проводилась при бессменном возделывании галеги восточной и культур кормового севооборота.
В процессе исследований определены: плотность почвы – методом «режущих колец»; пористость и пористость аэрации – расчетным методом; структурно-агрегатный состав – по методу Савинова; содержание подвижного фосфора и калия – по Кирсанову; рН в KCl – потенциометрическим методом; содержание гумуса – по Тюрину.
417
Почвозащитная роль растений сводится к непосредственному прекращению или замедлению действия разрушающей силы водного потока. Этот эффект может быть достигнут благодаря улучшению агрофизического состояния
почв, определяющих их впитывающую способность. Изучение физических
свойств почв под культурами кормового севооборота и при бессменном возделывании галеги восточной (19 лет) показали преимущества последнего в восстановлении плодородия почв и защиты их от эрозии.
Перед началом эксперимента плотность пахотного слоя под культурами
кормового севооборота составляла 1,30–1,44 г/см3 (табл. 1). За пять лет она достоверна снизилась до 1,23–1,37 г/см3. Во все годы исследований плотность пахотного слоя под галегой восточной была на 11–26% ниже, чем под культурами
кормового севооборота (1,03–1,1 г/см3) и приблизились к оптимальным значениям. Это объясняется, в первую очередь, хорошо развитой корневой системой
культуры и снижением уплотняющего действия от проходов сельскохозяйственной техники. Достоверного снижения плотности за годы исследований не
отмечено.
Таблица 1 – Агрофизические свойства пахотного слоя дерново-подзолистых
легкосуглинистых почв на лессовидных суглинках в зависимости от типа
севооборота
Культура
Галега восточная
Кормовой
севооборот*
Плотность, г/см3
Пористость, %
Степень
окончание
окончание
оконча
оконча
эродированности
начало
+
начало
+
ние
ние
начало
начало
Неэродированная
1,09
1,03
–0,06
59
61
+2
Слабоэродированная
1,14
1,11
–0,03
57
58
+1
Среднеэродированная 1,18
1,19
+0,01
55
55
0
Неэродированная
1,30
1,23
–0,07
50
53
+3
Слабоэродированная
1,40
1,32
–0,08
47
50
+3
Среднеэродированная 1,44
1,37
–0,07
47
48
+1
Нср0,05 фактор а (почва)
фактор в (культура)
0,08
0,11
1
2
*кормовой севооборот: горохо-овсяная смесь на з/м; ячмень + травы; бобовые травы 1–3 г.п
Эродированные разновидности имели более высокую плотность, чем неэродированные. При возделывании галеги увеличение плотности в начале исследований составило 0,05–0,09 г/см3, в конце – 0,08–0,16 г/см3, в кормовом севообороте –0,10–0,14 и 0,09–0,14 г/см3 соответственно.
Величина общей пористости связана с плотностью. Её снижение свидетельствует об ухудшении агрофизического состояния почв, что впоследствии
приводит к уменьшению продуктивности сельскохозяйственных культур. Для
суглинистых почв общая пористость, равная 65–55%, считается оптимальной.
Под галегой восточной пористость пахотного слоя даже эродированных
разновидностей характеризовалась, как отличная. За годы эксперимента достоверного изменения данного показателя не наблюдалось.
В начале исследований под культурами кормового севооборота пористость почвы составляла 47–50% и характеризовалась как неудовлетворитель418
ная. За пять лет она увеличилась на 1–3%. Отметим, что только пористость
среднеэродированной почвы осталась неудовлетворительной.
Независимо от возделываемых культур наблюдалось снижение общей пористости эродированных разновидностей по сравнению с неэродированными:
под галегой – на 2–6%, под культурами кормового севооборота – на 3–5%.
По данным структурно-агрегатного состава почв рассчитаны коэффициенты, характеризующие их противоэрозионную устойчивость: коэффициент
структурности (Кстр.), содержание водопрочных агрегатов (более 0,5 мм), средневзвешенный диаметр (dw), коэффициент нестабильности (Кнест.).
За время проведения эксперимента при возделывании галеги восточной
наблюдалось улучшение всех показателей, характеризующих противоэрозионную их устойчивость (рисунок).
К ву.
К нест.
0,8
8
0,6
6
4
2
0
5,78
4,10
4,07
3,06
0,4
5,75
6,54
слабоэродированная
0,54
среднеэродированная
неэродированная
Содерж ание водпрочных агрегатов > 0,5 мм
50
0,65
слабоэродированная
0,52
среднеэродированная
К ф., см/сут.
25
20
30
42,1
26,4
10
0
0,54
30
40
20
0,64
0,2
0
неэродированная
0,67
неэродированная
29,3
15
39,4
21,4
слабоэродированная
20,3
среднеэродированная
10
27,8
23,2
25,2
17,6
16,6
16,7
5
0
неэродированная
слабоэродированная
среднеэродированная
Галега восточная
Кормовой севооборот
Рисунок – влияние возделываемых культур на показатели противоэрозионной устойчивости
почв
.
В кормовом севообороте коэффициент водоустойчивости в 1,2–1,9 раз
ниже, чем под галегой, что указывает на преимущества бессменного возделывания галеги. При обоих типах использования почв наблюдалось снижение
данного показателя с увеличением степени эродированности.
Под галегой восточной значение коэффициента нестабильности составило 3,06–4,10, что в 1,4–1,9 раз ниже, чем в кормовом севообороте. При возделывании галеги увеличение Кнест. От среднеэродированной почвы составило
1,04 относительно неэродированной, под культурами кормового севооборота –
0,76.
Анализ содержания водопрочных агрегатов показал, что возделывание
галеги восточной способствовало повышению эрозионной устойчивости почв и
привело к уменьшению различий между неэродированными и эродированными
разновидностями. Так, в неэродированной почве содержалось 42,1% водопроч419
ных агрегатов, на среднеэродированной – 39,4%. Под культурами кормового
севооборота доля водопрочных агрегатов в 1,4–1,9 раз меньше, чем под галегой, и уменьшалась от 26,1% на неэродированной до 20,3% на среднеэродированной почве.
Галега восточная способствовала также улучшению фильтрационной
способности дерново-подзолистых почв, сформированных на лессовидных суглинках. Это во многом обусловлено более благоприятным состоянием агрофизических свойств и наличием мощной корневой системы. Рассчитанный коэффициент фильтрации под галегой на 6,5–10,2 см/сут. Выше, чем под культурами кормового севооборота, и изменялся от 23,2 см/сут. На среднеэродированной почве до 27,8 см/сут. На неэродированной почве. Под культурами комового
севооборота влияние эрозии на фильтрационную способность почв менее выражено. С увеличением степени эродированности она снизилась лишь на 0,9–
1,0 см/сут.
Бессменное возделывание галеги восточной (19 лет) благоприятно сказалось и на плодородии разной степени эродированных почв (табл. 2).
Таблица 2 – Влияние возделываемых культур на агрохимические показатели
дерново-подзолистых легкосуглинистых почв, сформированных на
лессовидных суглинках
Степень
эродированности
Неэродированная
Галега воСлабоэродированная
сточная
Среднеэродированная
Неэродированная
Кормовой
Слабоэродированная
севооборот*
Среднеэродированная
Нср0,05 фактор а (почва)
фактор в (культура)
Культура
Гумус, %
рН КСl
3,20
2,68
2,51
2,05
1,81
1,60
4,29
4,32
4,43
4,93
4,90
4,90
Р2о5,
мг/кг
425
405
396
371
356
290
К2о, мг/кг
308
256
242
264
252
242
* кормовой севооборот: горохо-овсяная смесь на з/м; ячмень + травы; бобовые травы 1–3 г.п.
Так, в соответствии с принятой в агрохимической службе градацией содержание гумуса при возделывании галеги высокое и очень высокое (2,51–
3,20%). На эродированных разновидностях оно снизилось на 0,52–0,69%. Под
культурами кормового севооборота в почве содержалось в 1,5 раза меньше гумуса – 1,60–2,05%, т.е. Содержание среднее и повышенное.
Исследуемые почвы относятся к среднекислым. Их кислотность практически не изменяется по почвенно-эрозионной катене. Отметим, что под культурами кормового севооборота рН несколько выше, т.к. За 19 лет возделывания
галеги известкование почв не проводилось.
При возделывании галеги восточной содержание фосфора в почве очень
высокое (405–425 мг/кг почвы) и высокое (396 мг/кг почвы). В кормовом севообороте по сравнению с галегой содержалось на 49–106 мг/кг почвы, или 12–
27%, меньше Р2О5. При том и другом типе использования почв наблюдалось
снижение содержания подвижных форм фосфора на эродированных разновид420
ностях по сравнению с неэродированными, но при бессменном возделывании
галеги оно менее выражено – лишь 5–7%.
Исследуемые эродированные почвы имеют повышенное содержание подвижного калия. Только в неэродированной почве под галегой содержание К2О
высокое – 308 мг/кг почвы. Небольшая разница между культурами (4–44 мг/кг
почв, или 2–14%) объясняется высоким выносом калия зеленой массой галеги
восточной. По этой же причине наблюдалось снижение содержания к2о на эродированных почвах – на 17–21%. В то время как под культурами кормового севооборота – на 5–8%.
Таким образом, бессменное возделывание галеги восточной (19 лет) увеличило противоэрозионную устойчивость в разной степени эродированных
дерново-подзолистых легкосуглинистых почв, сформированных на лессовидных суглинках, которое выражается в снижении плотности до оптимальных
пределов (1,03–1,09 г/см3 – на неэродированной и 1,18–1,19 г/см3 – на среднеэродированной), увеличении водопроницаемости (на 6,5–10,2 см/сут.), улучшении структурно-агрегатного состава.
Кроме того, длительное возделывание галеги восточной благоприятно
сказалось на агрохимическом состоянии исследуемых почв – по сравнению с
культурами кормового севооборота, содержание гумуса и основных элементов
питания растений более высокое.
При этом галега восточная обеспечивает высокую производительную
способность почв (81,3–107,1 ц/га к.ед. В среднем за пять лет), а недоборы
урожая от водно-эрозионных процессов значительно ниже, чем за ротацию
кормового севооборота.
421
УДК:631.42
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ЧЕРНОЗЕМА
КУРСКОЙ ОБЛАСТИ
Д. Д. Хайдапова, Е. Ю. Милановский
Факультет почвоведения Московского государственного университета
им. М. В. Ломоносова
В условиях изменяющегося климата оценка и управление состоянием земель, как среды обитания растений, приобретают чрезвычайно актуальный характер. Изучение реологических свойств почвенной структуры, являющейся
интегральной характеристикой физических, химических свойств почв и процессов, происходящих в почве, представляет большой интерес. В данной работе
представлены результаты исследования реологического поведения почвенных
паст чернозема типичного пахотного Курской области (п. Петринка) и температурный режим почв зимнего периода 2005–2006 гг. В разрезе, выкопанном на
картофельном поле, были выделены следующие горизонты: Ап1(0–12 см), Ап2
(12–30см), А1 (30 – 65см), АВ (65–95см), В1 (95–130см), В2 (130–170см), > 170
см – дно разреза.
В таблице 1 представлены некоторые свойства исследованной почвы.
Таблица 1.
Физические и химические свойства чернозема типичного пахотного
(Петринка, Курской области)
Глубина, см
Содержание
углерода С, %
0–5
10–20
20–30
30–40
40–50
50–60
60–70
70–80
80–90
90–100
100–110
110–120
120–130
130–140
140–150
150–160
3.27
3.24
3.98
2.98
2.51
2.78
2.27
2.16
1.85
2.43
2.02
2.44
2.44
2.51
2.63
2.52
Содержание
фракций
< 0.005, %
46.25
47.19
44.70
41.59
38.51
40.60
39.30
38.80
38.72
38.75
37.94
38.32
38.20
37.93
37.87
38.53
Сопротивление
пенетрации,
кПа
860
1720
2582
1875
1895
1810
1681
1394
1312
1595
1728
1955
1806
2086
1909
2023
По классификации Н. А. Качинского верхняя часть профиля (0–60 см) относится к глине легкой, нижняя часть профиля (60–160 см) к тяжелому суглинку.
422
Реологические свойства почв были определены на модульном компактном реометре MCR-302 (Anton-Paar, Австрия) с применением измерительной
системы цилиндр в цилиндре. Почвенные образцы были растерты резиновым
наконечником и просеяны через сито 1 мм. 19 г почвы капиллярно увлажняли
до состояния вязко-пластичной пасты в течение 1 суток. Определяли зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига в интервале скоростей сдвига от
0.16 до 1500 с-1 при постоянной температуре 20°С.
Полученные кривые для гор Ап (0–10) представлены на рис. 1.
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
10000
1000
100
10
1
0,1
1
10
100
Вязкость, lg V, P.s
Напряжение
сдвига P, Рa
Ap (0-10)
0,1
1000
lg D,c-1
P(D) прямой ход
P(D) обратный ход
Вязкость прямой ход
Вязкость обратный ход
Рис. 1. Зависимости напряжения сдвига и вязкости почвенной пасты от скорости сдвига
На рисунке представлена зависимость напряжения сдвига (P) от скорости
сдвига (D). Для лучшего изображения малых значений скоростей сдвига ось х
дана в логарифмическом масштабе [Г. Шрамм, 2003]. Как видно, по мере увеличения скорости сдвига напряжение сдвига долго не изменялось, далее понизилось и при P равном 194 Па, и D – 327 c–1 направление кривой изменилось и
кривая пошла вверх. Можно предположить, что при напряжении сдвига 194 Па
произошло разрушение структурных связей. Обратный ход кривой (измерение
напряжения сдвига при уменьшении скорости сдвига) образует обширную петлю гистерезиса. Разницу между напряжением сдвига в начале эксперимента при
скорости сдвига близкой к нулевой и напряжением сдвига при обратном ходе
при той же скорости возможно считать диапазоном разрушения структурных
связей данной пасты. Изображение данных в координатах вязкость – скорость
сдвига показывает постепенное уменьшение вязкости до 0,594 Па·с при скорости сдвига –327 c–1, после чего кривая начинает выполаживаться, что говорит о
разрушении структурных связей, почвенная паста перестает проявлять упругие
свойства и течение ее приобретает характер вязко-пластичного течения. Процентное отношение вязкости обратного хода к вязкости прямого хода при скорости сдвига близкой к нулевой может служить мерой тиксотропного восстановления структуры.
Описанные реологические параметры поведения почвенных паст исследованной почвы помещены в таблицу 2.
423
Таблица 2.
Реологические параметры поведения паст чернозема пахотного (п. Петринка)
Горизонт,
глубина, см
Pн –
начальное
значение
напряжения
сдвига при ,
D-0,16 с-1Па
Ап (0–10)
414
Pк – конечное значение
напряжения
сдвига при
D-0,16 с–1
(обратный
ход)
39
Ап (15–25)
268
А (25–35)
Диапазон
разрушения
структуры,
Па
(Pн-Pк)
Точка перелома кривой
D, c–1
P, Па
% тиксотропного восстановления
375
327
194
9
41
227
328
228
15
264
237
27
287
363
90
А(40–50)
432
107
325
656
364
25
АВ(70–90)
245
34
211
327
179
14
В1(100–110)
199
41
158
154
166
20
В2(150–160)
184
23
161
154
103
12
В2(170)
141
37
104
154
84
26
В целом по прочностным характеристикам профиль почвы разделяется на
2 части в соответствии с гранулометрическим составом и содержанием органического вещества. Чем больше мелкодисперсной фракции и содержания углерода, тем выше прочностные параметры. Если рассмотреть ряд начальных значений напряжения сдвига при почти нулевой скорости сдвига, то наиболее
прочными межчастичными связями обладает почва на глубине 40–50 см. Почва
выше этой глубины (25–35 см) отличается повышенным тиксотропным восстановлением структуры. Данные по содержанию гранулометрических фракций и
органического вещества показывают небольшое уменьшение содержания углерода и фракций размером < 0.005 мм на глубине 40–50 см и небольшое увеличение их на глубине 50–60 см. Для объяснения данного феномена мы обратились к ранее полученным температурным данным.
Температуру почвы определяли электронными термодатчиками «Термохрон» в почвенной толще длительно парующего участка Центрально – Черноземного заповедника Курской области, находящегося в нескольких километрах
от п. Петринка, поэтому мы сочли возможным экстраполировать температуру
почвы ЦЧЗ на почву исследуемого участка. На рис. 3. представлены декадные
температурные данные, относящиеся к 1 ч. ночи в зимний период 2005–2006
годов.
424
o
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0
-20
глубина, см
-40
1
2
3
4
5
6
7
8
t C
9 10
10.11
30.11
10.12
30.12
-60
10.01
-80
30.01
-100
10.02
-120
-140
28.02
10.03
30.03
-160
10.04
-180
20.04
-200
Рис. 2. Температура почвы длительного пара (ЦЧЗ) в зимний период 2005–2006 гг.
Как видно из рисунка отрицательные температуры охватывали толщу
почвы до 60 см вглубь. Промерзание идет постепенно и на глубине 50 см отрицательные температуры начали наблюдаться только в феврале. В районе 50 см
находится пограничный температурный рубеж, где процессы замерзания и оттаивания постоянно сменяют друг друга. В этой области могут происходить
разнообразные процессы – постоянное колебание фазовых переходов влаги из
твердого в жидкое состояние вызывает растрескивание и разрыв межчастичных
связей, т.е. происходит диспергация твердой фазы почв. Замерзающая на месте
свободная вода увеличивает свой объем при переходе в лед почти на 9%. Это
явление может вызвать как уплотнение агрегатов, так и их разрушение.
Наибольшему уплотнению подвергаются крупные агрегаты, между которыми
находятся самые крупные поры, вода в которых замерзает в первую очередь
при температурах близких к 0°С. Жидкая вода в таком случае должна выжиматься из более тонких внутриагрегатных пор в крупные межагрегатные поры и
кристаллизоваться, приводя к разрушению межагрегатных структурных связей.
Одновременно с процессом диспергации наиболее крупных макроагрегатов могут развиваться процессы агрегации и усиления структурных связей, как между
элементарными почвенными частицами, так и между небольшими агрегатами.
Это связано с дегидратацией небольших агрегатов (по мере вымерзания части
воды) и их сближением. Диспергация агрегатов наряду с криогидратационным
механизмом разрушения может происходить также в результате неодинаковой
температурной деформации различных минералов, ОВ и других слагающих агрегат элементов. Одновременно с этими процессами существенное утоньшение
пленок незамерзшей воды и увеличивающейся в них концентрации различных
коллоидов, солей должно обеспечить интенсивное развитие процессов коагуляции и агрегации глинистых и других частиц и образование новых микроагрегатов [Э. Д. Ершов,1986]. Таким образом, при промерзании дисперсных пород
одновременно развиваются два разнонаправленных процесса: коагуляцияагрегация и диспергация. Наблюдающееся упрочнение структурных связей на
425
глубине 40-50 см, возможно обусловлено образованием прочных микроагрегатов в результате процессов замерзания-оттаивания. Во время весеннего снеготаяния данный слой может служить водоупором для талой воды вышележащих
слоев почвы. В весенний период здесь должно отмечаться повышенное содержание влаги, которое способствует бурному развитию грибной микрофлоры.
Таким образом, климатические изменения, в частности потепление климата, поднимет уровень залегания нулевой почвенной температуры, что может
привести к изменению структурного состояния почв, устойчивости ее к механическим нагрузкам от тяжелой сельскохозяйственной техники.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ: грант № 11-04-01241.
426
УДК 631.4
ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ И ХИМИЧЕСКОГО
СОСТАВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ
ОКУЛЬТУРИВАНИИ
О. В. Хофман, С. Е. Витковская
Агрофизический научно-исследовательский институт
В процессе окультуривания почвы увеличивается мощность гумусового
горизонта, улучшается структура почвы и качество гумуса, повышается содержание общего азота, фосфора, калия, снижается кислотность, усиливается биологическая активность почвы, что приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Рассмотрено изменение химического состава и
морфологических признаков дерново-подзолистой почвы при окультуривании.
Методика исследования
Объектом исследования являлся стационарный полевой опыт, который
был заложен на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в 2006 г. в
Меньковском филиале ГНУ АФИ (полевой севооборот). В течение 3-х предшествующих лет на участке площадью 1,5 га были созданы 3 парцеллы (площадью 0,5 га каждая), различающиеся дозами вносимых органических удобрений:
1) органические удобрения не вносили;
2) за 3 года внесено 160 т·га–1 органических удобрений (по 80 т в 2003 и
2004 гг.), 1 т۰га–1 извести (2005 г.);
3) за 3 года внесено 520 т·га–1 органических удобрений (160, 320 и 40 т в
2003, 2004 и 2005 гг., соответственно), 3 т·га–1 извести в 2005 г.
В 2006 г. парцеллы разбили на три повторности, каждая из которых
включает три делянки, различающиеся дозами ежегодно вносимых минеральных удобрений. Длина каждой делянки составляла 43 м, ширина – 5,5. Осенью
2009 года после уборки озимой ржи было проведено очередное внесение органических удобрений: на второй парцелле – 80 т/га, на третьей парцелле – 160
т/га.
В 2010 году в качестве объекта исследований была выбрана 2-я повторность на 2-й парцелле, включающая следующие варианты: N70Р20К60;
N90P40K100; N100P50K110. Выращивали картофель сорта «Невский».
Для отбора почвенных и растительных проб на каждой делянке была выбрана одна борозда. На линиях опробования через каждые 2 м учитывали массу
и количество клубней с одного куста. С каждой линии проведен учет с 21-го
растения. Индивидуальные почвенные пробы отбирали в точке учета после
изъятия клубней (600 мл).
В сентябре 2010 г. в прилегающем лесном массиве из прикопок было отобрано 8 образцов почвы с глубины 0–30 см. Осенью 2011 г. были заложены 4
почвенных разреза: один – в лесном массиве и по одному разрезу на каждой
парцелле полевого севооборота.
В почвенных образцах определяли: рНKCl – потенциометрическим методом; содержание обменного Са2+ – согласно (ГОСТ 26487-85); содержание по427
движных соединений фосфора и калия в почве устанавливали по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО; содержание нитратного азота – ионселективным методом. Содержание обменного аммония – согласно (ГОСТ 26489-85).
Содержание органического вещества в почве устанавливали согласно
(ГОСТ 26213-91). Валовое содержание кальция, фосфора, азота и калия в растениях устанавливали после мокрого озоления. Озоление проводили по методу
Гинзбург-Лебедевой (Н2SО4 + HClO4, 10:1) (Петербургский, 1968). Содержание кальция определяли комплексонометрическим методом; содержание фосфора – колориметрическим методом по Дениже; содержание азота – по Несслеру; содержание калия – фотометрическим методом (Практикум...., 1989). В картофеле содержание ТМ устанавливали согласно ГОСТ 30178-96, мышьяка –
ГОСТ 26930-86. Содержание ТМ в почве определяли по МУ (1992). Подвижные
соединения ТМ извлекали ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН
4,8.
Результаты и их обсуждение
Выявлено, что основные изменения строения почвенного профиля пашни
по сравнению с почвой под лесом произошли на глубине до 40 см (рис.1). Переходный горизонт А2В на пашне заметно уменьшился по сравнению с лесным
массивом, где его мощность составила 30 см, тогда как на окультуренной почве
не превышала 17 см.
Окультуривание дерново-подзолистой почвы привело к формированию
гумусового горизонта мощностью 30–33 см. Мощность горизонтов: А1 + А1А2
на парцеллах 1–3 не имела существенных различий.
Было установлено, что окультуривание почвы закономерно привело к изменению агрохимических параметров почвы. Увеличилось содержание подвижного
фосфора в пахотном слое в 7–9 раз по отношению к содержанию этого элемента в верхних горизонтах нативной почвы. Реакция почвы изменилась от сильнокислой (4,1) до нейтральной (6,0) и близкой к нейтральной (5,9). Содержание
обменного калия возросло в 3 раза, содержание нитратного азота в 6 раз, содержание обменного кальция в 1,8–2,5 и обменного магния в 2,6 раза. Содержание органического вещества в пахотной почве в среднем увеличилось на 21%
по сравнению с нативной.
В пахотной почве, по сравнению с нативной, достоверно возросло валовое содержание Zn в среднем на 28% и Cu на 35% (табл. 1). Валовое содержание Pb в вариантах 1–2 увеличилось на 37 и 9% соответственно, тогда как в 3-м
варианте его валовое содержание осталось на уровне содержания в нативной
почве. Не выявлено достоверного увеличения валового содержания Cd и As в
пахотной почве.
428
Почва под лесом
1-я парцелла
2-я парцелла
Рис. 1. Сравнение почвенных профилей под лесом и пашней
Таблица 1. Валовое содержание и концентрация подвижных соединений Cd,
Pb, Zn, Cu и As в пахотной почве и нативной почве
Вар.
цинк, мг/кг
валов.
подв.
медь, мг/кг
валов.
подв.
кадмий, мг/кг
валов.
подв.
свинец, мг/кг
валов.
подв.
мышьяк,
мг/кг
валов.
1
25,1±2,1 1,2±0,5 3,7±0,3 0,1±0,0 0,1±0,0 0,1±0,0 10,9±1,2 2,1±0,7 1,2±0,2
2
25,9±1,3 0,8±0,2 3,3±0,4 0,1±0,0 0,1±0,0 0,0±0,0 7,5±2,1
1,3±0,3 1,0±0,1
3
23,3±1,0 0,7±0,2 3,1±0,4 0,1±0,0 0,1±0,0 0,0±0,0 6,8±1,8
1,3±0,6 1,0±0,1
Нативная
19,3±2,9 0,8±0,3 2,4±0,6 0,1±0,0 0,1±0,0 0,1±0,0 6,9±1,8
почва
1,7±0,9 1,1±0,4
Содержание подвижных соединений Cu в пахотной почве уменьшилось в
среднем на 34% по сравнению с почвой под лесом. Содержание подвижных соединений Zn и Pb в пахотной почве в вариантах 2–3 уменьшилось в среднем на
6 и 26% соответственно, что можно считать закономерным, так как при окультуривании возросла буферная способность почв. Однако в 1-м варианте среднее
содержание подвижных соединений Zn и Pb возросло на 53 и 20% соответственно (табл. 1).
429
Содержание всех вышеперечисленных химических элементов в пахотном
слое почвы было существенно ниже предельно-допустимых концентраций.
Заключение
Основные изменения в строении почвенного профиля при окультуривании дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы произошли на глубине до 40
см. Установлено, что окультуривание повлияло на агрохимические параметры
почвы: существенно увеличилось содержание подвижного фосфора, нитратного
азота, обменных соединений калия, кальция и магния, реакция почвы изменилась от сильнокислой до слабокислой и близкой к нейтральной.
В пахотной почве, по сравнению с нативной, достоверно возросло валовое содержание Zn, Cu и Pb. Не выявлено достоверного увеличения валового
содержания Cd и As в пахотной почве. Содержание всех тестируемых металлов
в пахотном слое почвы было существенно ниже предельно-допустимых концентраций.
Список литературы
1. ГОСТ 26487-85. Определение обменного кальция и обменного (подвижного) магния методами ЦИНАО. – Введ. 26.03.85 // Сборник государственных стандартов / Разработаны Министерством сельского хозяйства СССР. – М.: Изд-во стандартов, 1985. С 1–33.
2. ГОСТ 26489-85. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО Введ. 26.03.85 //
Сборник государственных стандартов / Разработаны Министерством сельского хозяйства
СССР. – М.: Изд-во стандартов, 1985. С. 36–40.
3. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. – Введ. 29.12.91 /
Разработан Всесоюзным производственно-научным объединением Союзсельхозхимия. – М.:
Изд-во стандартов, 1991.
4. МУ по определению тяжелых металлов в почвах с/х угодий и продукции растениеводства,
ЦИНАО, 1992.
5. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии. М.: Колос, 1968. 404 с.
6. ГОСТ 30178-96. Межгосударственный стандарт. Сырье и продукты пищевые. Атомноабсорбционный метод определения токсичных элементов / Введ. 01.01.1998. – М.: Стандартинформ. 10 с.
7. ГОСТ 30178-96. Межгосударственный стандарт. Сырье и продукты пищевые. Атомноабсорбционный метод определения токсичных элементов / Введ. 01.01.1998. – М.: Стандартинформ. 10 с.
8. ГОСТ 26930-86. Межгосударственный стандарт. Сырье и продукты пищевые. Метод определения мышьяка / Введ. 01.01.1987. М.: Стандартинформ. 8 с.
9. МУ по определению тяжелых металлов в почвах с/х угодий и продукции растениеводства,
ЦИНАО, 1992.
430
УДК: 630*114.14
СТРУКТУРНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ КАМЕННОЙ СТЕПИ РАЗЛИЧНОЙ
СТЕПЕНИ ГИДРОМОРФИЗМА
Чевердин Ю. И., Титова Т. В.
ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии
397463 Воронежская область, Таловский район, пос. 2-го участка Института
им. Докучаева, квар. 5, д. 81.
Аннотация
Структурный состав почв является важнейшим показателем, характеризующим физические свойства почвы. Объекты исследований – почвы Каменной Степи различной степени
гидроморфизма. С усилением степени гидроморфизма происходит ухудшение структурного
состояния почв, увеличивается доля глыбистой и мелкоглыбистой фракции, уменьшается
доля пылеватой фракции. Более высокая структурность почв залежей связана с их ненарушенным состоянием и произрастанием естественной растительности. Ухудшение структуры
на пашне проявляется в основном за счет увеличения макроагрегатов. Почвы пашен имеют
более низкий показатель структурности, что является результатом хозяйственной деятельности человека.
Ключевые слова: чернозем обыкновенный, черноземно-луговая, лугово-черноземная
почва, структурный состав.
STRUCTURAL SOILS OF STONE STEPPE DIFFERENT DEGREES
HYDROMORPHISM
Cheverdin Yu. I., Titova T. V.
Voronezh Agricultural Research Institute of the GNU 397463 Voronezh region,
Talovskaya district, settlement. 2nd section of the Institute. Dokuchaev quarter. 5,
etc. 81.
The structural composition of soils is an important indicator of the physical properties of
soil. The objects of research – the Stone Steppe soils varying hydromorphism. With the increasing
degree of structural deterioration occurs hydromorphic soil condition, the share cloddy and
melkoglybistoy fraction, decreasing proportion of silty fraction. Better structuring of soil deposits is
related to their undisturbed state of vegetation and natural vegetation. The deterioration of the structure of the plow is manifested mainly due to increase in macroaggregates. The soils of arable lands
have a low rate of structure that is the result of human activities.
Keywords: ordinary chernozem, chernozem-meadow and meadow-chernozem soil, structural composition.
На территории Каменной Степи (Воронежская область) отмечается расширение площадей, занятых сезонно переувлажненными почвами, связанное с
повышением уровня грунтовых вод. Наличие таких почв затрудняет использование их в качестве пашни.
Появление в последние десятилетия большого числа ареалов сезонно переувлажненных почв является индикатором серьезного изменения состояния
агролесоландшафта Каменной Степи по сравнению с его состоянием в конце
XIX – начале XX вв. (Хитров Н. Б., 2007). Катастрофическое ухудшение структурного состояния и плотности сложения черноземов и других почв, которые в
наибольшей степени влияют на урожай, требует организации мониторинга за
431
их изменениями с целью прогноза состояния и качества земель и определения
пути оптимизации структурного состава. В этой связи изучение агрофизических свойств сезонно переувлажненных почв приобретает большое значение, а
результаты исследований могут быть использованы при разработке систем земледелия, направленных на повышение почвенного плодородия и получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Почвенная структура, согласно
Н. А. Качинскому, это совокупность агрегатов различной величины, формы,
порозности, механической прочности и водопрочности, характерных для каждой почвы и ее горизонтов (Качинский Н. А., 1964).
С агрономической точки зрения структурной почвой называется лишь та,
в которой преобладают мезоагрегаты – «агрономически ценные агрегаты», т.е.
отдельности размером от 0,25 до 10 мм. Представляет интерес изучение распределения структурных агрегатов в массе почвы в соотношении с их размерами, т. е. структурный состав почвы.
Структурный состав почв является важнейшим показателем, характеризующим физические свойства почвы.
Рассматриваемые в наших исследованиях почвы имеют различия в
увлажнении, что влияет на их структурный состав. Исследования проводились
на залежных степных участках, находящихся в режиме косимой степи более 100
лет (с 1892 года) и их пахотных аналогах. Объектами исследований были почвы
Каменной Степи различной степени гидроморфизма, включающие экспериментальные пахотные участки поля № 2 Южного селекционного севооборота – черноземы обыкновенные (агрочерноземы сегрегационные) и лугово-черноземные
почвы (агрочерноземы гидрометаморфизованные возле заповедника № 2), а также комплекс переувлажненных почв западнее лесополосы № 131 – луговочерноземные почвы (агрочерноземы гидрометаморфизованные) и черноземнолуговые слабозасоленные почвы (гумусово-гидрометаморфические засоленные
почвы). В качестве контрольных участков были почвы залежей 1882 г. – черноземы обыкновенные (черноземы сегрегационные) и 1885 г. – черноземнолуговые почвы (гумусово-гидрометаморфические типичные почвы).
Структурный состав определяли по методу Н. И. Саввинова (фракционирование почвы в воздушно-сухом состоянии).
Наиболее наглядно представить изменение структурного состава данных
почв по исследуемым глубинам позволяют нижеприведенные рисунки.
Анализ полученных данных показал, что содержание глыбистой фракции
в автоморфном черноземе обыкновенном залежи в слое 0–10 см превышает ее
содержание в гидроморфной черноземно-луговой почве залежи в 2,3 раза; в
слое 20–30 см – в 2,1 раза. Вниз по профилю картина меняется – отмечается
увеличение доли глыбистых частиц в гидроморфном аналоге в слое 40–50 см в
9,1 раза; в слое 60–70 см – в 5,9 раз по сравнению с черноземом обыкновенным
залежи (рис. 1; 2)
432
Рис. 1 – Структурное состояние почв в слое 40–50 см
Рис. 2 – Структурное состояние почв в слое 60–70 см
Что касается фракции 10–5 мм, то ее доля в гидроморфной черноземнолуговой почве залежи увеличивается по сравнению с автоморфным аналогом в
слое 0–10 см в 1,6 раз, а в слое 90–100 см — в 1,8 раз (рис. 3). Коэффициент
структурности последнего составлял в зависимости от глубины 1,9–34,3, в черноземно-луговой почве залежи – 2,3–21,7. В черноземе обыкновенном залежи
содержание агрегатов размером 5–3 мм было несколько ниже по сравнению с
предыдущей мелкоглыбистой фракцией и составило 21,0–16,0% в зависимости
от глубины. Такая же тенденция отмечалась и по фракциям 3–2 и 2–1 мм. Их
доля составила 14,8–11,5% (3–2 мм) и 19,2–8,9% (2–1 мм). Содержание агрегатов размером 2–1 мм было выше по глубинам 20–30 и 30–40 см и составило
34,3–33,6%. Содержание фракции 1–0,5 мм перераспределялось с глубиной, и в
слое 20-30 см составляло 5,1%, 40–50 см – 7,2% и на глубине 80–90 см – 5,5%.
В гидроморфной черноземно-луговой почве залежи количество агрегатов 5–3;
3–2; 2–1 мм было выше на глубинах 0–10; 20–30 см и составляло соответственно 7,7-25,3 %; 17,0–21,9%; 21,2–25,9%. Структурное состояние чернозема
обыкновенного залежи 1882 г. до глубины 80 см можно отнести к отличному, а
ниже – к хорошему; черноземно-луговой почвы залежи 1885 г. в слое 0–50 см –
к отличному, а на глубине 60–100 см – к хорошему. Следует отметить, что это
характерно для каждого типа исследованных почв.
Рис. 3 – Структурное состояние почв в слое 90–100 см
433
Представляет интерес сравнение структурного состояния автоморфных
черноземов обыкновенных залежи и пашни. В черноземе обыкновенном пашни
по сравнению с залежным аналогом отмечалось увеличение доли глыбистой
фракции в слое 0–0 см – в 10,9 раз (рис. 4), в слое 10–20 см – в 1,9 раз; в слое
20–30 см — в 1,7 раз; в слое 30-40 см — в 3,4 раза (рис. 7); в слое 40–50 см – в
2,4 раза.
Рис. 4 – Структурное состояние почв в слое 0–10 см
Доля пылеватой фракции также была выше в черноземе обыкновенном
пашни по сравнению с черноземом залежи в 13,8 раза в слое 10–20 см и составила 5,5% (рис. 5); в слое 40–50 см – в 4,5 раза (5,05%).
Рис. 5 – Структурное состояние почв в слое 10–20 см
Коэффициент структурности в черноземе обыкновенном пашни ниже по
сравнению с залежным аналогом. В черноземе залежи он варьирует в пределах
7,9–34,3 в верхней полуметровой толще, в черноземе пашни он изменяется от
6,8 до 7,4. Структурное состояние чернозема обыкновенного пашни можно отнести к отличному, но доля агрономически ценных агрегатов здесь меньше в
среднем в 1,1–1,2 раза по сравнению с черноземом, находящимся в режиме заповедной залежи.
Представляет интерес сравнение структурного состояния черноземнолуговой почвы залежи и её пахотного аналога (лугово-черноземной почвы). Агрономически ценных агрегатов больше в черноземно-луговой почве залежи по
сравнению с лугово-черноземной почвой пашни и составляет соответственно
69,3–95,6% и 63,3–77,4%.
Доля глыбистых агрегатов в полугидроморфной лугово-черноземной
почве пашни превышает аналогичный показатель в черноземно-луговой почве
залежи в слое 0–10 см в 5,3 раза в слое 20–30 см – в 10,4 раза (рис. 6). Доля пылеватых частиц на пахотных участках уменьшается с глубиной.
434
Рис. 6 – Структурное состояние почв в слое 20–30 см
Коэффициент структурности в черноземно-луговой почве залежи выше,
чем в ее пахотном аналоге. Его значение в слое 0–10 см составляло 16,0 в гидроморфной почве залежи и 3,0 – в почве пашни; в слое 20–30 см – 21,7 и 1,7 соответственно.
Рис. 7 – Структурное состояние почв в слое 30–40 см
Рассматривая структурное состояние почв сезонно переувлажненного
комплекса западнее л. п. № 131, можно отметить следующее. Наибольший коэффициент структурности имела лугово-черноземная почва повышения – 11,2 в
слое 0–10; 4,5 – в слое 90–100 см; наименьший – черноземно-луговая солончаковатая слабозасоленная почва равнинного понижения, который изменялся от
3,3 в слое 0–10 см до 6,3 в слое 40–50 см.
Более высокие показатели коэффициента структурности в почве повышения связаны с меньшей переувлажненностью в ранневесенний период, более
высоким содержанием обменного кальция и меньшим – обменного натрия.
Наличие натрия в составе ППК, хотя и в небольших количествах, вызывает
усиление цементации почвенных частиц и увеличение доли глыбистой фракции.
По содержанию агрономически ценных агрегатов структурное состояние
почвы понижения в пахотном горизонте можно отнести к хорошему и отличному. Что касается почвы повышения, то по содержанию агрономически ценных агрегатов структуру по метровому профилю можно отнести к отличной.
Из всего вышеизложенного можно сделать вывод: с усилением степени
гидроморфизма происходит ухудшение структурного состояния почв, увеличивается доля глыбистой и мелкоглыбистой фракции, уменьшается доля пылеватой фракции.
Более высокая структурность почв залежей связана с их ненарушенным
состоянием и произрастанием естественной растительности, что приводит к
большему накоплению гумуса при их разложении.
435
В составе гумуса залежи преобладают очень сложные молекулы гуминовых кислот, придающие прочность структурным фракциям. Почти полная
насыщенность почвенного поглощающего комплекса кальцием и магнием,
мощная сильноразветвленная корневая система естественной растительности с
тончайшей сетью мелких корешков, а также многочисленное количество дождевых червей создают поистине уникальную зернистую структуру с преобладанием агрегатов от 1 до 5 мм.
Ухудшение структуры на пашне проявляется в основном за счет увеличения макроагрегатов. Уменьшение корневой массы и количества червей в пахотном слое, увеличение плотности сложения после прохода сельскохозяйственных машин, а также снижение содержания гумусовых веществ в твердой фазе
почвы приводит к образованию глыбистых агрегатов, которые при высыхании
и взаимодействии с кальцием обладают высокой прочностью. Почва пашни имеет более низкий показатель структурности, что является результатом хозяйственной
деятельности человека.
Литература
1. Качинский Н. А. Сущность структурообразования в почвах. Понятие о структуре почвы и
ее качестве/ Н. А. Качинский // Физика, химия, биология и минералогия почв СССР. Докл. к
VIII междунар. конгрессу почвоведов. – М., 1964. – С. 5–18.
2. Хитров Н. Б. Распространение сезонно переувлажненных и затопленных почв в Каменной
Степи/ Н. Б. Хитров, Ю. И. Чевердин // Каменная Степь: проблемы изучения почвенного покрова: науч. тр. – М.: Почв. ин-т им. В. В. Докучаева, 2007. – С. 121–133.
436
УДК: 631.4: 630*114.12
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ОБЪЁМНОЙ ВЛАЖНОСТИ СЕЗОННО
ПЕРЕУВЛАЖНЁННЫХ ПОЧВ КАМЕННОЙ СТЕПИ
Чевердин Ю. И., Титова Т. В.,
ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии
Во многих регионах степной части России со второй половины прошлого
века начали отмечаться такие негативные процессы в сформировавшихся агроландшафтах, как существенное изменение увлажненности территории и увеличение площадей гидроморфных почв. Этому способствуют особенности общей
гидрологической обстановки современных ландшафтов всей территории юга
Русской равнины, которая совпадает с процессами, происходящими в Каменной
Степи, а также производственная деятельность человека. Автоморфные черноземы, вследствие этого, подвергаются интенсивному переувлажнению, приобретают признаки гидроморфизма, приводящие к их деградации, а также нарушению однородности полей и севооборотов, вызывающих необходимость изменения структуры севооборотов.
Результатом этого является несвоевременное проведение весенних полевых работ – сроки их задерживаются, а огромные массивы пашни полностью
утрачивают или снижают свое плодородие.
Деградация физических свойств и режимов является одним из основных
видов потери качества почв. Среди причин деградационных изменений черноземов Центра Русской равнины особое значение в настоящее время приобретает
и гидрологический фактор, как по последствиям, так и по масштабам распространения.
Появление в последние десятилетия большого числа ареалов сезонно переувлажненных почв является индикатором серьезного изменения состояния
агролесоландшафта Каменной Степи по сравнению с его состоянием в конце
XIX – начале XX вв. (Хитров Н. Б., Чевердин Ю. И., 2007).
В этой связи изучение сезонно переувлажненных почв, их физических
свойств приобретает большое значение, а результаты исследований могут быть
использованы при разработке систем земледелия, направленных на повышение
почвенного плодородия и получение высоких урожаев сельскохозяйственных
культур.
В пределах административных районов Воронежской области, расположенных на Окско-Донском плоскоместье, существенный ущерб наносит переувлажнение земель, которое имеет пятнистый характер, и поражает пространства с наиболее плодородными лугово-черноземными и луговыми почвами на
площади 1,3 млн. га. За последние 15 лет произошло значительное увеличение
площади переувлажненных земель, что подтвердило повторное почвенное картирование земель Окско-Донской низменности.
Исследования проводились в ГНУ Воронежском НИИСХ (Каменная
Степь) на залежных степных участках, находящихся в режиме косимой степи
более 100 лет (с 1892 года) и их пахотных аналогах. Объектами исследований
437
были почвы Каменной Степи различной степени гидроморфизма, включающие
экспериментальные пахотные участки поля № 2 Южного селекционного севооборота – черноземы обыкновенные (агрочерноземы сегрегационные) и луговочерноземные почвы (агрочерноземы гидрометаморфизованные возле заповедника № 2), а также комплекс переувлажненных почв западнее лесополосы № 131 –
лугово-черноземные почвы (агрочерноземы гидрометаморфизованные) и черноземно-луговые слабозасоленные почвы (гумусово-гидрометаморфические засоленные почвы). В качестве контрольных участков были почвы залежей 1882 г. –
черноземы обыкновенные (черноземы сегрегационные) и 1885 г. – черноземнолуговые почвы (гумусово-гидрометаморфические типичные почвы).
Целью наших исследований являлось изучение физических свойств, в
частности, объемной влажности, почв различной степени гидроморфизма в
условиях сезонного переувлажнения.
Сезонная динамика объемной влажности в почвах сезонно переувлажненного комплекса западнее л. п. № 131 отчетливо прослеживается по графикам хроноизоплет. объемной влажности на рисунках 1–5. На них четко выделяются районы с высокой влажностью, а также с низкими её значениями. Видны зоны наибольшего иссушения в профиле почв и зоны с более высокой
влажностью.
Так, например, профиль черноземно-луговой почвы на понижении в более влажном 2007 году, в апреле-мае был более увлажнен, чем в луговочерноземной почве на повышении. Профиль черноземно-луговой почвы в ложбинообразном понижении в 2-х метровой толще оказался наиболее увлажнен по
сравнению с почвами повышения и понижения (рис. 1).
Характер изменения хроноизоплет влажности доказывает присутствие в
почвенном профиле капиллярной каймы грунтовых вод. Это почвы лугового
ряда, т.к. в них повышенная влажность сопровождается преобладанием восходящего передвижения капиллярной влаги над нисходящим в нижней части почвенного профиля в течение вегетационного периода.
Капиллярная кайма определяется слоем почвы от уровня грунтовых вод
до начала сухого слоя почвы. Мощность капиллярной каймы соответствует
предельной высоте капиллярного подъема влаги.
Анализ данных показал, что капиллярная кайма грунтовых вод в почве на
равнинном повышении во влажных условиях вегетационных периодов 2007–
2009 гг. отмечалась на глубине 100–110 см (рис. 1–3).
438
11.04
21.05
30.06
10.08
дата отбора почвенных проб на влажность
18.09
11.04
21.05
30.06
10.08
18.09
10.06
30.06 21.07
10.08
W, %.
18.09
1
2
3
Рис. 1. – Хроноизоплеты профильного изменения влажности в 2007 году:
1 – лугово-черноземная почва на повышении; 2 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва на равнинном понижении; 3 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва в ложбинообразном понижении, %.
Условия 2008 года характеризовались более низким уровнем грунтовых
вод по сравнению с 2006–2007 гг. В 2008 году в середине вегетации выпало в
2,5 раза меньше осадков по сравнению со среднемноголетними значениями, август был тоже засушливым (осадков выпало в 4,6 раза меньше среднемноголетних). Температура воздуха была высокой, что обеспечивало наибольшее испарение влаги с поверхности почвы. Сумма осадков в 2008 году была 391 мм, а
среднегодовая температура выше среднемноголетней на 2,3 градуса. Погодные
условия оказали значительное влияние на увлажненность почвенного профиля.
В условиях 2008 года количество влаги в почвах сезонно переувлажненного комплекса западнее л. п. № 131 уменьшилось – на понижении на 13 %, в
ложбине на 9,5 % и на повышении на 6,4%.
15.05 24.06 3.08
12.09 22.10 1.12
15.05
4.07
23.08
2.10
1.12
15.05
4.07
23.08
12.10
1.12
W,
%.
1
2
3
Рис. 2. – Хроноизоплеты профильного изменения влажности в 2008 году:
1 – лугово-черноземная почва на повышении; 2 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва на равнинном понижении; 3 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва в ложбинообразном понижении, %.
30.04 19.06
8.08
27.09
30.04
19.06
8.08
27.09
30.04
19.06
8.08
27.09
W,
1
2
3
Рис. 3. – Хроноизоплеты профильного изменения влажности в 2009 году:
1 – лугово-черноземная почва на повышении; 2 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва на равнинном понижении; 3 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва в ложбинообразном понижении, %.
439
В условиях засухи 2010 г. отмечено существенное её снижение на глубину более 2 метров. В черноземно-луговых почвах понижения и ложбины капиллярная кайма находилась ближе к дневной поверхности почвы и отмечалась на
глубине 50–60 см. Экстремальные гидротермические условия 2010 г. привели к
формированию крупных пор, повышенной трещиноватости почвенного профиля и снижению границы капиллярной каймы до 180–200 см и ниже. Иссушение
до влажности завядания и ниже охватило толщу почвы до двух метров во всех
почвах комплекса западнее л. п. № 131 (рис. 4).
15.04 4.06
24.07 12.09
1.11
15.04
4.06
24.07 12.09 1.11
15.04
4.06
24.07 12.09
1.11
W,
%.
1
2
3
Рис. 4 – Хроноизоплеты профильного изменения влажности в 2010 году:
1 – лугово-черноземная почва на повышении; 2 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва на равнинном понижении; 3 – черноземно-луговая солончаковатая
слабозасоленная почва в ложбинообразном понижении, %.
При наступлении сухой фазы многолетнего климатического цикла (20082010 гг.) исследуемые почвы не изменили своей таксономической принадлежности и уровень грунтовых вод в них не опускался ниже 1,5–2, 0 м (рис. 5).
15.05
4.07
23.08 12.10
1.12
15.04
4.06
24.07 12.09 1.11
15.04 4.06
24.07 12.09 1.11
W, %
1
2
3
Рис. 5 – Хроноизоплеты профильного изменения влажности:
1 – черноземно-луговая солончаковатая слабозасоленная почва на равнинном понижении
(2008 г.); 2 – черноземно-луговая солончаковатая слабозасоленная почва на равнинном
понижении (2010 г); 3 – черноземно-луговая солончаковатая слабозасоленная почва в
ложбинообразном понижении (2010 г.), %.
Таким образом, характер увлажненности почвенного профиля и степень
проявления гидроморфизма исследованных почв зависела от складывающихся
гидротермических условий года.
440
УДК 631.445
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В ЭКОСИСТЕМЕ
«ПОЧВА – РАСТЕНИЯ» В ЗЕМЛЕДЕЛИИ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ
Н. В. Шрамко, Г. В. Вихорева
ГНУ Ивановский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Россельхозакадемии, г. Иваново
Переход земледелия на ландшафтную основу и, в перспективе, развитие
технологий точного земледелия предполагает дифференцированный подход к
действующим системам земледелия, что позволит оптимизировать инфраструктуру агроландшафтов, улучшить в них взаимодействие почвы и культурных
растений, экологическую ситуацию за счет активации биологических факторов
и рационального применения почвозащитных мероприятий.
Ивановская область расположена в зоне достаточного увлажнения – за
год в среднем выпадает от 600 до 650 мм осадков. Однако их распределение в
течение года неравномерное: больше выпадает в теплый период (400–450 мм),
меньше – в холодный.
Рельеф области в основном равнинный. Максимальная крутизна склонов
1–2°. Поля мелкоконтурные со средним размером 20–25 га. Поэтому внедрение
АЛСЗ сопряжено с определенными трудностями.
Почвенный покров довольно разнообразен, но преобладают дерновоподзолистые почвы среднего и легкого механического состава с малой мощностью (18–22 см) перегнойного горизонта и небольшим содержанием гумуса –
1,56–1,65 %. Почвы бедны, особенно кальцием и магнием, в них низкая емкость
обмена, обладают кислой реакцией почвенной среды рН – 5,0–5,8. Почвы недостаточно обеспечены усвояемыми формами азота, фосфора и калия, имеют неблагоприятные физические свойства, пониженную влагоемкость.
Их можно разделить на следующие категории.
Первая категория – земли среднеокультуренные, нормально увлажненные. Содержание гумуса 2,0…2,5%, мощность (глубина) пахотного горизонта
не менее 22 см, степень насыщенности основаниями не менее 75%, сумма поглощенных оснований 10…12 м-экв., рН – 5 и выше, то есть, почвы средне- и
слабокислые, оподзоленные.
Вторая категория – земли менее окультуренные, с нормальным увлажнением, содержание гумуса 1,5…2,0%, глубина пахотного горизонта не менее
20 см. степень насыщенности основаниями – 55–75%, сумма поглощенных оснований – 8–10 м экв., рН – 4,5–5, контурно подзолистые.
Третья категория – участки в понижениях с временно избыточным поверхностным увлажнением, а на повышенных элементах рельефа плохо обеспеченные влагой. Содержание гумуса – менее 1,5%, глубина пахотного горизонта до 18 см, сумма поглощенных оснований 6–8 м – экв., рН – 4,0…4,5, подзолистые.
Группировка почв по категориям обеспеченности, оценке использования,
позволяет научно обоснованно решать вопросы внутрихозяйственного земле441
устройства, установлению (введению) севооборотов необходимого качества и
количества, и правильному их размещению на территории, разработке дифференцированной агротехники в каждом севообороте и каждой культуре, формированию правильных агротехнологий возделывания сельскохозяйственных
культур на ландшафтной основе.
В соответствии с научными данными мы рекомендуем в зоне Верхневолжья для земель первой категории в структуре пашни иметь: 40 % площади под
многолетними бобовыми травами, 10% – под однолетней капустной культурой
и 40% под зерновыми культурами, 20% из которых – под озимыми. В качестве
примера можно было бы привести такой севооборот: 1 – яровая пшеница с подсевом клевера, 2 – клевер 1 г.п., 3 – клевер 2 г.п., 4 – озимая пшеница или рожь
(солома на удобрение), 5 – горчица или редька масличная на семена.
В структуре данного севооборота 40% пашни отведено под зерновые
культуры, 40% – занято многолетними бобовыми травами, 10% – однолетней
капустной культурой, хорошо истребуемой условиями нынешнего рынка. Плодородие в таком севообороте поддерживается за счет пожнивно-корневых
остатков многолетних бобовых трав клевера, органической массой поукосной
капустной культуры и соломы озимых (табл. 1). Возможны и другие варианты
севооборотов, но имеющие в структуре посева не менее 40 % многолетних бобовых трав. Например: 1 – пар сидеральный (вика + овес), 2 – рожь (пшеница)
озимые, 3 – ячмень с подсевом клевера, 4 – клевер 1 г.п., 5 – клевер 2 г.п., 6 –
озимые (пшеница, рожь) или овес.
В структуре такого севооборота 50%, пашни отведено под многолетние
травы, которые могут использоваться частично на корм скоту, и для поддержания плодородия почвы за счет обильного содержания ПКО. Соломистые остатки после зерновых целесообразно использовать для пополнения почвы органическим веществом, которые на 20…25% показывают естественную убыль гумуса в течение вегетационного периода.
Установлено, что ежегодные потери гумуса на наших почвах составляют:
на тяжелых почвах – 0,6–1,3 т/га, на легких – 0,8–1,4 т, в чистом пару – 1,2–
1,3 т, в сидеральном – 0, после многолетних трав – + 1,8–3,0 т/га.
1. Поступление в почву растительных остатков после уборки возделываемых культур, ц/га абсолютно сухой массы
Севооборот
Яровая пшеницы +
клевер
Клевер 1 г.п.
Клевер 2 г.п.
Озимая рожь
Горчица
Растительные остатки в слое почвы
0–40 см
Корни
Пожнивные остатки
Всего
20,0
10,5
30,5
46,0
43,5
40,0
15,0
17,3
13,4
16,5
12,0
63,3
56,9
56,5
27,0
На землях первой категории целесообразно использование севооборотов с
сидеральными парами, которые в условиях Верхневолжья способны давать высокие урожаи зеленой массы – более 300 ц/га (рис. 1).
442
Урожай зеленой массы ц/га
350
320
300
250
200
200
150
270
250
190
Горчица белая
Вика + овес
Редька + фацелия
150
100
50
0
Без удобрений
(NРК)60
Рис. 1. Урожай зеленой массы сидеральных культур (в среднем за 2009–2011 гг.)
Сидеральные пары, обогащая почву органическим веществом, способствуют увеличению продуктивности гектара пашни особенно при использовании их под озимые культуры (табл. 2). Даже без применения удобрений паровые сидерально-занятые фоны способны вдвое больше давать озимой продукции, чем другие варианты предшественников под озимые культуры.
2. Влияние паровых предшественников на урожайность озимой ржи, ц/га
(в среднем за 2009–2011 гг.)
Предшественник
1. Чистый пар
2. Занятый пар (вика + овес)
3. Сидеральный пар (горчица)
4. Комбинированный пар
(редька + фацелия)
без удобрений
37,7
39,6
41,1
42,0
Фон
NРК(60)
46,2
49,8
50,3
52,6
В качестве схемы севооборота для этих почв можно было бы рекомендовать следующий: 1 – пар сидеральный, 2 – озимая пшеница или рожь (поукосно
горчица), 3 – ячмень или зернобобовые, 4 – горчица или редька масличная. В
данном севообороте 25% пашни отводится под зерновые, 25% – под зернобобовые или фуражные культуры, 25% – под масличные культуры и 25% под пары.
Плодородие почвы в таком севообороте поддерживается за счет сидерального
пара, зеленая масса которого используется как органическое удобрение. В таком же качестве используется и поукосно высеянная горчица.
Для земель второй категории целесообразно было бы иметь: 50% площади пашни под многолетними бобовыми травами, 25% – под зерновыми озимыми культурами и 25% под фуражными и другими злаковыми. Например: 1 –
клевер 1 г.п., 2 – клевер 2 г.п., 3 – озимые (пшеница или рожь), 4 – овес с подсе443
вом клевера и другие, в котором 50% пашни отводится под многолетние бобовые травы, 25% – под зерновые озимые культуры, и 25% – под фуражные культуры. В таком севообороте плодородие почвы поддерживается за счет пожнивно-корневых остатков многолетних бобовых трав и соломы озимых культур. Но
солому необходимо применять в измельченном виде, то есть уборка озимых
должна осуществляться комбайнами с измельчителями. Эти земли пригодны
для возделывания большинства сельскохозяйственных культур.
Для земель третьей категории 70% площади севооборота должны занимать многолетние и однолетние бобовые травы; 30% – зерновые или однолетние кормовые культуры. Эти земли характеризуются повышенным увлажнением натечного и грунтового характера, они в основном сенокосного использования. На них наиболее приемлемым возможен такой севооборот: 1 – ячмень или
овес с подсевом многолетнего злакового компонента, 2 – многолетние травы
1 г.п., 3 – многолетние травы 2 г.п., 4 – многолетние травы 3 г.п., 5 – однолетние травы в виде бобово-злаковых смесей или рапс на зеленую массу, редька
масличная и другие. В таком севообороте 33% занимают зерновые, 67% – многолетние и однолетние травы. При необходимости яровые зерновые можно занять и однолетними кормовыми культурами.
Таким образом, в природных условиях Верхневолжья рациональное использование многолетних бобовых трав в полевом производстве (40–60% в
структуре севооборота) следует рассматривать как мероприятие, способствующее воспроизводству почвенного плодородия, обеспечению кормовой базы животноводства, улучшению экологической безопасности почвы, стабильности
высокой продуктивности зональных агроэкосистем.
При существующих на селе реальных трудностях в приобретении и внесении минеральных удобрений, когда нарушены пропорции между животноводством и растениеводством, недостатке органических удобрений, трудностях
во внедрении современных технологий, в использовании высокотехнологичной
и производительной техники, возникает реальная угроза пагубного влияния неблагоприятных погодных условий. Следовательно, пространственная диверсификация систем земледелия с учетом категорийности земельного фонда – это
важный фактор снижения рисков неблагоприятных условий в получении полноценной продукции с земель сельскохозяйственного назначения Центрального
Нечерноземья.
Важным, но недостаточно используемым приемом агроландшафтного
земледелия в местных условиях является использование посевов промежуточных и пожнивных культур, которые позволяют на 80–90% использовать агроклиматические ресурсы и получать урожай кормов и другой продукции. Благоприятные гидротермические условия позволяют здесь получать до 12 т/га воздушно-сухой органической массы, которую можно использовать как в виде сидеральной массы, так и как звено зеленого конвейера для животноводства. В
качестве озимых промежуточных культур можно использовать озимую рожь в
одновидовом посеве или в смеси с викой озимой (мохнатой). Хорошо зарекомендовала себя как промежуточная культура сурепица озимая в чистом виде,
444
так и в смеси с горчицей белой. Такое использование промежуточных посевов,
как показывают опыты дают прибавку урожая от 14 до 34%.
Поэтому важное значение в сохранении плодородия и улучшении экологии почв имеет расширение возделывания в различных агроландшафтах нетрадиционных культур, что позволит повысить устойчивость земледелия его экологичность и эффективно сохранять и повышать плодородие почв. При таком
использовании агроландшафтов синтезируется сразу несколько направлений
эффективного использования адаптивно-ландшафтной системы земледелия:
ландшафтного (соответствия земледелия физико-географическим условиям
местности), агроэкологического (адаптации сельскохозяйственных культур к
местным условиям – почве, климату) и социально-экономического (высокая
продуктивность, рентабельность и экологичность продукции), что в целом является высшей формой интенсификации сельскохозяйственного производства
Верхневолжья.
445
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
НА ОСНОВЕ РАДИОСПЕКТРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ
С. С. Щесняк, Центр прикладной электродинамики,
В. П. Белов, ФГУП «КБ «Арсенал»
В череде первоочередных задач, составляющих решение проблемы планирования урожая и управления продуктивностью, бескомпромиссно выделяется необходимость текущего мониторинга состояния сельскохозяйственных
земель. При этом потенциальная продуктивность конкретного участка поля в
значительной степени определяется достоверностью результатов оценки состава почвы, ее теплового баланса и влажности на основе выполняемых измерений
для внесения необходимых по количеству и наименованию доз удобрений и
минеральных элементов.
Кроме того, именно результаты измерений являются теми объективными
причинами, которые, в том числе, определяют целесообразность и рациональность размещения конкретных сельскохозяйственных культур на конкретном
поле.
Наработано значительное число методов измерения состава почвы и измерительных средств для их реализации. Постоянно происходит их дальнейшее
развитие и модификация. Наряду с традиционными находят применение методы наблюдения из космоса, прежде всего, за динамикой изменения температуры и влажностных показаний состояния почвы. Эти методы позволяют определить интегральную (усредненную) оценку условий среды обитания растений в
пространственной картине поля. При этом вариации состояния растений на отдельных малых площадях, составляющих поля, отличающимися теплофизическими характеристиками, практически не различимы из космоса с учетом технических возможностей существующей бортовой аппаратуры космических аппаратов [1].
Присущие «космическим наблюдениям» недостаточная оперативность и
отсутствие возможности автоматизации измерений и обработки результатов
настоятельно требуют необходимости их совершенствования.
Одним из таких направлений является метод оценки состояния верхнего
слоя почвы по измерению излучения или поглощения излучения атмосферы в
терагерцевом диапазоне частот (до 1000 ГГц) [2,3].
Как известно, почва является главным регулятором состава атмосферы
Земли. Обусловлено это деятельностью почвенных микроорганизмов, в огромных масштабах продуцирующих разнообразные газы – азот и его окислы, кислород, диоксид и оксид углерода, метан и другие углеводороды, сероводород,
ряд прочих летучих соединений. В сельском хозяйстве широкое распространение получили азотные, фосфорные, калийные удобрения, а также применяются
борные, марганцевые, медные, цинковые, кобальтовые и молибденовые микроудобрения. Применение удобрений оказывает влияние на газовый состав атмосферы над данной местностью. По имеющимся оценкам, часть нитратного азота
удобрений подвергается восстановлению денитрифицирующими бактериями до
446
газообразных продуктов (N2, NO и др.) и выделяется из почвы в атмосферу.
Растения поглощают из внесенного в почву азотного удобрения 50–60% азота,
15–20% превращается в органическую форму, 10–20% теряется в газообразной
форме.
Практически все эти молекулы можно обнаружить по излучению или поглощению излучения в диапазоне частот от 100 ГГц до 1000 ГГц (так называемый терагерцевый диапазон). Это позволяет применить принципиально новый
метод – анализ радиоспектра поглощения воздуха – для определения химического состава атмосферы над полем и в конечном итоге определения состава
почвы. Эта технология обладает целым рядом очевидных преимуществ:
– оперативность (измерение на месте требует нескольких минут);
– широкомасштабность (в случае применения БПЛА – возможность
быстрого анализа на площадях в тысячи гектаров в течение нескольких
часов);
– автоматизированность (возможность автоматического мониторинга при
применении стационарных наземных датчиков);
– оптимизация использования удобрений (возможность правильно спланировать и произвести подкормку почв необходимыми удобрениями локально, т.е. там, где это действительно необходимо);
– выявление загрязнений, токсичных веществ;
– выявление болезней растений, вредителей.
Рис. Варианты исполнения газового спектрометра
Основной измеритель – газовый спектрометр ТГц частотного диапазона
для контроля состава атмосферного воздуха над сельскохозяйственными полями. Предлагаются различные варианты исполнения – стационарный наземный,
подвижный наземный, полетный (рис.). Нестационарная спектроскопия субТГц
и ТГц диапазонов, обладающая чувствительностью на уровне 0.2 ppb, селек447
тивностью, возможностью измерения концентраций исследуемых веществ и
простотой использования, является перспективным методом для анализа многокомпонентных газовых смесей. Отличительным достоинством предлагаемых
приборов является сочетание высокой точности и скорости измерений, а также
простоты эксплуатации и надежности [4]. Приемная система спектрометра основана на интегральном сверхпроводимом приемнике на основе смесителя со
структурой сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС) и ФФО (Flux
Flow Oscillator – генератор бегущих вихрей) в качестве гетеродина. Интегральный приемник реализован в частотном диапазоне 500–700 ГГц. Предварительные разработки, в рамках которых был создан и успешно испытан полетный вариант интегрального спектрометра на основе сверхпроводящего смесителя и
гетеродина для исследования состава загрязнений верхних слоев атмосферы,
влияющих на озоновый слой, подтверждают перспективность данного метода и
его реализуемость.
Список использованных источников.
1. Белов В. П. Теория проектирования сложных технических систем космического базирования: учебник / М. К. Сапего, Н. А. Тестоедов, В. Д. Атамасов, В. А. Бабук, Л. С. Бурылов,
А. В. Романов. – СПб, 2012. – 560 с.
2. Европейская космическая программа GMES на 2011–2013 гг.
3. Европейская космическая программа TELIS.
4. Белов В. П. Теория проектирования информационно-управляющих систем. СПб: НПО
«Профессионал», 2011. – 348 с.
448
УДК 631.459.01:631.445.2
СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ,
СФОРМИРОВАННЫХ НА МОРЕННЫХ СУГЛИНКАХ, В УСЛОВИЯХ
БЕЛОРУССКОГО ПООЗЕРЬЯ
А. В. Юхновец, А. М. Устинова
Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, г. Минск
Эффективное и экологически обоснованное использование земель является одним из ключевых направлений, обеспечивающих устойчивое развитие
общества, охрану и улучшение окружающей среды. На сегодняшний день актуальной экологической проблемой в Беларуси является деградация земель, одна
из основных форм которой – эрозия почв.
Эрозионные процессы на почвах резко снижают их плодородие, ведут к
недоборам урожая сельскохозяйственных культур, нарушают сложившееся
экологическое равновесие, ухудшают социальные условия жизни людей. Эродированные почвы перестают выполнять природно-хозяйственные функции и
могут инициировать процессы общей деградации земной поверхности и природно-климатических условий.
В настоящее время около 9,4% пахотных угодий республики эродировано, при этом в ряде районов вполне отчетливо прослеживается тенденция расширения ареалов действия эрозионной деградации почв. В связи с этим сохраняет свою актуальность и чрезвычайную значимость проблема охраны почв от
эрозионных процессов.
Цель данной работы заключалась в установлении способов регулирования агрофизических свойств дерново-подзолистых почв, сформированных на
моренных суглинках, в условиях Белорусского Поозерья.
Исследования проводились на стационаре «Браслав» Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси. Расположен стационар в Браславском районе Витебской области. Исследованиями охвачен зернотравяной севооборот
(озимая пшеница – озимая рожь на зеленую массу – озимое тритикале – викоовсаяная смесь на зеленую массу – яровая пшеница – яровой рапс). Норматив
противоэрозионной способности севооборота составил 0,61.
Стационар заложен по геоморфологическому профилю (катене) от водораздельной равнины до нижней части склона. Склон северо-восточной экспозиции крутизной 5–7°. На водораздельной равнине расположены неэродированные почвы, в верхней части склона – среднеэродированные, в средней части
– сильноэродированные и в подножье склона – глееватые намытые.
В опыте изучались два вида основной обработки (отвальная вспашка и
безотвальная (чизельная) обработка) почвы и две системы удобрения (минеральная и органоминеральная).
Безотвальная (чизельная) обработка почвы выполнялась чизелькультиватором КЧ-5,1 на глубину 20–22 см в соответствии со схемой опыта под
все культуры севооборота. Исключение составляют лишь те годы, когда приме449
няли органические удобрения. Вспашка проводилась также на глубину 20–
22 см.
Органические удобрения (соломистый навоз) в дозе 30–35 т/га внесены
под озимую пшеницу и вико-овсяную смесь. Дозы минеральных удобрений зависели от возделываемой культуры, агрохимических свойств почв и планируемого урожая.
Общая площадь делянки на водораздельной равнине составила 180 м2, на
верхней и средней частях склона – 216, в нижней части – 180 м2. Количество
делянок – 20. Общая площадь опыта – 1,2 га.
Наиболее важными агрофизическими свойствами, характеризующими
пахотной горизонт почв, являются плотность, пористость, структурноагрегатный состав.
Результаты проведенных наблюдений показали, что в начале исследований в период установления равновесного значения (конец вегетационного периода) плотность пахотного слоя неэродированной почвы составила 1,48–
1,53 г/см3 в зависимости от варианта (табл. 1). На среднеэродированной разновидности плотность на 0,08–0,11 г/см3 выше, на сильноэродированной – на
0,10–0,13 г/см3.
Таблица 1 – Изменение плотности пахотного слоя дерново-подзолистых
эродированных почв, сформированных на моренных суглинках, г/см3
Степень
эродированности
почвы
Неэродированная
Среднеэродированная
Сильноэродированная
НСР 0,05
Начало ротации севооборота
Окончание ротации севооборота
отвальная
чизельная
отвальная
чизельная
вспашка
обработка
вспашка
обработка
NPK +
NPK +
NPK +
NPK +
NPK
NPK
NPK
NPK
навоз
навоз
навоз
навоз
1,53
1,50
1,52
1,48
1,44
1,42
1,41
1,34
1,61
1,58
1,63
1,56
1,55
1,50
1,51
1,48
1,65
1,60
1,65
1,61
1,61
1,57
1,60
1,55
фактор А (обработка) 0,03; фактор В
(удобрение) 0,03; фактор С (почва) 0,04
фактор А (обработка) 0,04; фактор В
(удобрение) 0,04; фактор С (почва) 0,05
Внесение органических удобрений способствовало разуплотнению почвы
на 0,03–0,05 г/см3 на фоне отвальной вспашки почвы и на 0,04–0,07 г/см3 на
фоне чизельной обработки. В начале ротации севооборота достоверного изменения плотности в зависимости от вида обработки не установлено.
В конце исследований плотность пахотного слоя неэродированной почвы
составила 1,34–1,44 г/см3, среднеэродированной – 1,48–1,55 г/см3, сильноэродированной – 1,55–1,61 г/см3. В варианте с применением отвальной вспашки
система удобрения практически не оказала влияния на плотность почвы. При
чизельной обработке в варианте NPK+навоз этот показатель снизился на 0,03–
0,07 г/см3, по сравнению с NPK в зависимости от степени эродированности.
Таким образом, за 5 лет исследований совместное применение органоминеральной системы удобрения и безотвальной чизельной обработки способствовало снижению плотности слоя 0–20 см на 0,06–0,14 г/см3 в зависимости от
степени эродированности. В то время как по отвальной вспашке разуплотнение
пахотного слоя составило всего 0,03–0,09 г/см3.
450
Не менее важным физическим свойством почвы является ее пористость.
От общей пористости и величины пор зависит передвижение воды в почве, водопроницаемость и водоподъемная способность. От нее также зависит влагоемкость и воздухоемкость почв. Для суглинистых почв считается оптимальной
общая пористость, равная 65–55%.
В начале исследований общая пористость неэродированной почвы составляла 41–43%, среднеэродированной – 38–41%, сильноэродированной – 38–
40% (табл. 2), т.е. снижение пористости эродированных разновидностей составило 2–4% по сравнению с неэродированной почвой. Применение органоминеральной системы удобрения, как на фоне отвальной вспашки, так и безотвальной чизельной обработки улучшило воздушный режим исследуемой почвы на
1–3%. При замене отвальной вспашки чизельной обработкой достоверного изменения данного показателя не установлено.
Таблица 2 – Изменение пористости пахотного слоя дерново-подзолистых
эродированных почв, сформированных на моренных суглинках, %
Степень эродированности почвы
Неэродированая
Среднеэродированная
Сильноэродированная
НСР 0,05
Начало ротации севооборота
Окончание ротации севооборота
отвальная
чизельная оботвальная
чизельная обвспашка
работка
вспашка
работка
NPK +
NPK +
NPK +
NPK +
NPK
NPK
NPK
NPK
навоз
навоз
навоз
навоз
41
42
42
43
45
45
46
48
39
40
38
41
42
43
43
44
38
40
38
40
40
41
40
42
фактор А (обработка) 0,9; фактор В (удобрение) 1,0; фактор С (почва) 1,2
фактор А (обработка) 1,1; фактор В (удобрение) 1,1; фактор С (почва) 1,3
В конце исследований общая пористость пахотного слоя неэродированной почвы составила 45–48% в зависимости от варианта, что на 2–4% выше,
чем на среднеэродированной и на 3–5%, чем на сильноэродированной. Применение органоминеральной системы удобрения, как на фоне отвальной, так и
безотвальной обработок способствовало увеличению данного показателя – пористость эродированных разновидностей на 1–2% выше, чем в варианте NPK.
При замене отвальной вспашки чизельной обработкой пористость увеличилась
на 1–3%.
За 5 лет исследований применение органоминеральной системы удобрения на фоне почвозащитной обработки почвы улучшило воздушный режим
эродированных почв на 2–5%. На фоне отвальной вспашки эти изменения менее выражены – 1–3%.
В условиях проявления водно-эрозионных процессов структурноагрегатный состав почв является важнейшей характеристикой, от которой зависит способность почвы противостоять разрушающему воздействию падающих
капель дождя и донного потока.
Следует отметить, что почвы на моренных почвообразующих породах
имеют глыбистую структуру с преобладанием макроагрегатов (более 10 мм).
Это неблагоприятно сказывается на условиях произрастания растений и впитывании влаги.
451
Как показали проведенные исследования, применение органоминеральной системы удобрения на фоне безотвальной чизельной обработки улучшило
структурно-агрегатный состав исследуемых почв (табл. 3).
Таблица 3 – Изменение структурно-агрегатного состава дерново-подзолистых
эродированных почв, сформированных на моренных суглинках
Вид обработки
Отвальная
вспашка
Чизельная
обработка
Отвальная
вспашка
Чизельная
обработка
Отвальная
вспашка
Чизельная
обработка
Система
удобрения
NРK
NРK +
навоз*
NРK
NРK +
навоз*
NРK
NРK +
навоз*
NРK
NРK +
навоз*
NРK
NРK +
навоз*
NРK
NРK +
навоз*
Содержание агрегатов, %
начало
окончание
размер агрегатов, мм
размер агрегатов, мм
Кстр.
10–
<
10–
<
> 10
> 10
0,25
0,25
0,25
0,25
Неэродированная почва
49,4
34,4
16,2
0,5
51,0
40,6
8,3
Кстр.
0,7
45,7
40,9
13,4
0,7
45,2
47,4
7,4
0,9
50,9
39,1
10,0
0,6
48,4
44,5
7,9
0,8
45,4
44,6
10,0
0,8
46,0
46,4
7,6
0,9
Среднеэродированная почва
51,9
36,6
11,5
0,6
46,2
43,9
9,8
0,8
51,0
41,0
9,0
0,7
51,2
42,7
6,0
0,7
46,9
42,5
10,5
0,7
44,1
43,3
12,6
0,8
51,7
39,2
9,1
0,6
44,5
46,9
8,6
0,9
Сильноэродированная почва
56,6
35,2
8,2
0,5
60,6
34,5
4,9
0,5
58,5
34,9
6,6
0,5
63,0
31,8
5,1
0,5
71,1
23,9
5,0
0,3
51,6
42,7
5,6
0,7
56,5
34,7
8,8
0,5
48,5
43,4
8,1
0,8
В начале исследований с увеличением степени эродированности почвы
доля агрономически ценных агрегатов (10–0,25 мм) снизилась. На неэродированной почве их содержание колебалось от 34,4 до 44,6% в зависимости от варианта. На средне- и сильноэродированной содержание агрономически ценных
агрегатов составило 36,6–42,5% и 23,9–35,2% соответственно, а доля глыбистой
фракции (> 10 мм) возросла. Четкой закономерности в распределении агрегатов
в зависимости от способов обработки и систем удобрения не прослеживалось.
Коэффициент структурности (Кстр. = содержание агрономически ценных
агрегатов / сумма агрегатов > 10 и < 0,25 мм при сухом просеивании.) изменялся от 0,3 до 0,8 в зависимости от степени эродированности и варианта опыта.
Максимальные его значения (0,6–0,8) отмечены на неэродированной и среднеэродированной почвах в вариантах с применением органоминеральной системы
удобрения, как на фоне отвальной, так и безотвальной обработок.
К концу исследований количество агрономически ценных агрегатов в неэродированной почве составило 40,6–47,4%, в среднеэродированной – 42,7–
452
46,9%, в сильноэродированной – 31,8–43,4%. Отметим, что доля агрегатов 10–
0,25 мм на фоне чизельной обработки выше, чем по отвальной вспашке.
Значения Кстр. изменялись в зависимости от степени эродированности и
варианта опыта. На неэродированной почве он составлял 0,7–0,9, на эродированных разновидностях – снизился до 0,5–0,8. Применение органоминеральной
системы удобрения на фоне почвозащитной обработки увеличило коэффициент
структурности неэродированной и среднеэродированной почв на 13–15% по
сравнению с отвальной вспашкой и на 28–38% сильноэродированной.
За период исследований содержания агрономически ценных агрегатов
увеличилось по всей почвенно-эрозионной катене: на неэродированной и
среднеэродированной почвах – на 2–9%, на сильноэродированной – на 9–19%.
Отметим, что за 5 лет структурное состояние исследуемых почв улучшилось,
особенно эродированных – Кстр. вырос на 0,3–0,4.
Таким образом, в условиях Белорусского Поозерья наиболее доступными
способами регулирования агрофизических свойств эродированных дерновоподзолистых почв, сформированных на моренных суглинках, является органоминеральная системы удобрения в сочетании с безотвальноц чизельной обработкой, т.к. их применение в течение 5 лет исследований снизило плотность пахотного слоя неэродированной почвы на 0,14 г/см3, среднеэродированной – на
0,08 г/см3, сильноэродированной – на 0,06 г/см3, При этом воздушный режим
исследуемых почв улучшился 2–5%. Кроме того, значительно выросло содержания агрономически ценных агрегатов, снизилась доля глыбистой фракции, а
коэффициент структурности увеличился. Причем эти изменения более заметны
на эродированных почвах.
453