Черноземы, структурный состав, агрегатный состав, физические свойства.

Введение

ЦЧЭР, занимающий центральное положение в черноземной зоне Русской равнины, богат плодородными землями и является одной из главных житниц страны. Свыше 80% его территории занимают черноземы, на которых выращивается значительное количество зерна, сахарной свеклы, подсолнечника.

Рациональное использование, охрана и повышение плодородия земель в настоящее время стали одной из важнейших проблем человечества Особенно остро она. ставится в районах интенсивного земледельческого освоения, каким является Центральное Черноземье. Распаханность земель здесь достигла предельных значений. Почвы подвержены периодическим засухам, сильно страдают от интенсивной водной эрозии. В последние годы значительный ущерб почвенному покрову наносят работы, связанные с добычей полезных ископаемых открытым способом, поэтому здесь особую актуальность имеют борьба с эрозией, искусственное орошение, мелиорация солонцов, рекультивация нарушенных земель и т.д. Однако многие вопросы мелиорации почв, и в частности орошение черноземных почв, рекультивация нарушенных земель недостаточно разработаны. Это приводит к ухудшению многих физико-химическим свойств черноземов, в частности к ухудшению структуры, которая, в свою очередь, является одним из основных факторов, определяющих плодородие почвы
1. СТРУКТУРНО-АГРЕГАТНЫЙ СОСТАВ ЧЕРНОЗЕМОВ ЦЧО

1.1. Структурно-агрегатный состав выщелоченных черноземов
Выщелоченные черноземы в сухом состоянии обладают хорошей структурой. В них преобладают зернистые фракции размером от 1 до 10 мм. Пылеватые фракции составляют незначительный процент даже в подпахотном горизонте. В подпахотном же горизонте их совсем не большое количество. При мокром просеивании соотношение между отдельными структурными фракциями резко меняется. Уменьшается количество комковатых и зернистых фракций и увеличивается количество пылеватых фракций. Структурные агрегаты размером > 3 мм при мокром просеивании отсутствуют совсем. Зато количество пылеватой фракции размером < 0,25 мм возросло до 64,4-78,5%. Относительно возросли и фракции размером 1,0-0,25 мм /1/.(таблица 1.1. ).

Исчезновение комковатых, а также зернистых фракций и резкое увеличение пылеватых фракций при мокром просеивании свидетельствуют о том, что структура у выщелоченных черноземов непрочная. При сильном увлажнении она расплывается. Вместе с тем при высыхании структура восстанавливается. Последнее свойство очень ценно. Только этим свойством можно объяснить тот факт, что выщелоченные черноземы на протяжении столетий используются в сельском хозяйстве и, тем не менее обладают неплохой структурой.

Таблица 1.1

Структурный и агрегатный состав выщелоченных черноземов /1/

ПОЧВА	глубина см	Структурные агрегаты, мм
		>10	10-5		5-3		5-1 3-2	2-1	1-0,25 1-0,5		0,5-0,25		<0,25
Структурный состав
Выщелоченный чернозем тяж. суглин (Семилукский р-н)	0-10	42,4	12,7		27,7		27,7	27,7	14,2		14,2		3,0
	20-30	43,0	13,0		35,1		35,1	35,1	7,5		7,5		1,5
	40-50	28,4	15,3		42,8		42,8	42,8	10,2		10,2		3,2
Выщелоченный чернозем тяж.суглин (Хохольский р-н)	0-20	22,9	7.3		65		112	9.5	12,4		13.4		7.4
	0-20	7,1	12,3		10,8		10,7	15,6	20,5		10,4		11,9
	0-20	16,1	12,0		8.7		10.4	11,6	17,43		11,3		13,3
	20-40	2,9	11,0		33,3		22,8	13,0	9,1		4,0		3,9
Агрегатный состав
		7-3			3-2			1-0,25			<0,25
Выщелоченный чернозем тяж.суглин (Семилукский р-н)	0-10	1,3			3,8			30,3			64,6
	20-30	1,5			1.9			39,5			37,1
	40-50	1,8			29,6			33,1			35,5
	7-3           3-2                              1-0,25                        <0,25
Выщелоченный чернозем тяж.суглин (Хохольский р-н)	0-20			0,4		5,4		9,9		15,9		68,5
	0-20	0,6		0,5		6,9		18,7		12,6		60,7
	0-20	1,0		1,0		6,5		15,1		17,6		58,8
	20-40	0,5		5,2		28,7		20,1		11,9		35,6

1.2. Структурно-аграгатный состав типичных черноземов

Таблица 1.2

Структурный состав типичных черноземов /1/

Районы	глубина, см	Структурные агрегаты, мм
		>10	10-5	5-3	3-2	2-1	1-0,25	0,5-0,25	<0,25
Аннинский	0-20	17,1	7,8	6,6	8,7	13,7	18,0	11,8	16,3
	30-40	6,6	11,6	31,1	23,8	11,6	7,4	4,5	3,5
Панинский	0-20	20,0	17,7	8,7	8,0	11,7	13,3	8,1	12,5
	30-40	6,8	8,7	25,9	17,8	18,5	11,1	7,8	3,4
Лискинский	0-20	14,0	13,4	12,8	13,2	10,2	16,1	8,3	12,0
	30-40	6,1	15,1	27,5	18,6	11,0	9,9	7,0	5,7
Хохольский	0-20	15,1	12,0	8,7	10,4	11,6	17,4	11,3	13,3
	30-40	2,9	11,0	33,3	22,8	13,0	9,1	4,0	3,9

Таблица 2.2

Водопрочность агрегатов в черноземах ЦЧО /2/

Почва	Номер разреза, угодье	Глубина взятия образца, см	Содержание фракций, % Размер,мм			Критерий водопрочности агрегатов, %
			5-1	1-0,25	менее 0,25
Чернозем оподзоленный сред-несуглинистый	А-1, залежь	0—20 30—40	12,5 15,5	36,0 38,0	51,5 46,5	54,1 57,7
То же	А-2, пашня	0—20 30—40	10,4 13,1	19,8 16,6	69,8 70,3	34,7 31,9
”	13, пашня	0—27 40—50	16,6 24,0	45,4 36,2	38,0 39,8	65,3 62,8
Чернозем выще­лоченный тяже-лосуглинистый	А-З, залежь	0—10 30—40	19,4 22,1	40,1 39,5	40,5 38,4	63,7 67,3
То же	9, пашня	0—27 40—49	6,8 20,4	44,0 41,2	49,2 38,4	66,0 64,2
”	152*, пашня	0—10 40—50	8,4 27,6	30,9 43,5	60,7 28,9	44,0 73,1
Чернозем типич­ный тяжелосугли-нистый	16, целина	0—20 40—50	69,5 43,8	16,0 24,7	14,5 31,5	89,2 76,0
То же	7, пашня	0—27 40—50	9,5 26,6	45,8 40,0	44,7 33,4	59,9 69,7
Чернозем типич­ный глинистый	160*, пашня	0—10 40—50	9,0 33,7	36,4 42,0	54,6 24,3	49,5 81,0
Чернозем обык­новенный гли­нистый	17, залежь	0—10 40—50	34,2 49,7	34,4 27,6	31,4 22,7	79,1 81,2
То же	А-8, пашня	0—15 45—55	2,3 18,7	29,3 41,3	68,4 40,0	37,8 65,1
Чернозем обык­новенный глинис­тый	14, пашня	0—26 40—50	7,2 56,0	49,3 27,7	43,5 16,3	67,9 86,7
Чернозем юж­ный глинистый	А-4, залежь	0—10 30—40	51,5 36,5	24,8 30,5	23,7 33,0	82,3 70,2
То же	4, пашня	0—10 30—40	28,4 56,7	33,9 24,0	37,7 19,3	62,8 81,6
Чернозем юж­ный тяжелосу-глинистый	43, пашня	0—10 40—50	0,6 15,6	23,2 33,0	76,2 51,4	27,8 54,9

По этой причине критерий водопрочности агрегатов относительно невысок и колеблется от 27,8 до 67,9% /2/. Структурно-агрегатный состав подпахотных горизонтов черноземных почв по показателям близок к составу целинных и залежных черноземов ( таблицы 2.2).

Примечание.n-число определений; М.-среднее арифметическое; s-среднее квадратичное отклонение; m-ошибка среднего арифметического; V-коэффициент вариации; V_0,95-оказатель относительного вероятного разнообразия для вероятности Р=0,95; Р_о,95-показатель относительной вероятной погрешности; М.min и М тах
-возможные минимальные и максимальные значения генерального среднего арифметического при Р=0,95.

Статистическая обработка агрономически ценных водопрочных агрегатов (5-0,25 мм) в исследуемых почвах показала ( таблица 2.3. ), что максимальной величиной отличаются пахотные горизонты типичных черноземов. Основные статистические показатели, характеризующие варьирование водопрочных агрегатов в пахотных горизонтах черноземов ЦЧО, существенно различаются. Так, например, показатели относительного вероятного разнообразия и относительной вероятной погрешности изменя­ются соответственно в пределах 25,4—84,3% и 5,8—31,9%. Их величины — наименьшие в типичных черноземах, наибольшие — в оподзоленных и южных черноземах. Такая же закономерность отмечается в изме­нении минимальных и максимальных величин водопрочных агрегатов: наиболее узкие пределы в типичных черноземах, наиболее же широкие — в оподзоленных и южных черноземах /2/.

На заключительной стадии наших исследований была проведена оценка значимости различий средних арифметических величин водопрочных агрегатов в изучаемых черноземах для вероятности Р=0,95 (таблица 2.4.). Оказалось, что, во-первых, во всех подтипах черноземов, кроме оподзолен­ных, пахотные и подпахотные горизонты по содержанию водопрочных аг­регатов значимо отличны друг от друга; во-вторых, пахотные горизонты типичных черноземов по этому показателю значимо отличны от выще­лоченных и обыкновенных черноземов, между другими подтипами черно­земов наблюдаемые различия незначимы; в-третьих, подпахотные горизонты исследуемых черноземов по количеству водопрочных агрегатов не различаются, значимые различия отмечаются лишь между типичными и обыкновенными черноземами.

Таким образом, агрономически ценная структура, свойственная черноземам ЦЧО в естественном состоянии, претерпевает существенные изменения в сторону ухудшения при сельскохозяйственном использовании: увеличивается глыбистость пахотных горизонтов и заметно уменьшается степень водопрочности агрегатов. Вследствие этого повышение продуктивности исследуемых почв в первую очередь связано с внедрением комплекса мероприятий, направленных на создание и сохранение в них агрономически ценной структуры.

3. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНО-АГРЕГАТНОГО СОСТАВА ЧЕРНОЗЕМОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОРОШЕНИЯ

Многие показатели физических свойств почв очень динамичны и поэтому претерпевают существенные изменения при сельскохозяйственном использовании земель. Особенно интенсивно это происходит при нарушении естественно сложившихся условий увлажнения в результате введения почвенных массивов в орошаемое земледелие.

Разрушение структуры почв происходит в основном за счет механического разрушительного действия поливных вод и в результате вытеснения кальция из поглощающего комплекса.

Изучение этого вопроса проводилось в хозяйствах Воронежской области. На основе изучения фондовых материалов и полевого рекогносцировочного обследования орошаемых территорий на каждом из двух подтипов черноземов были выбраны ключевые участки, образующие хронологические ряды со следующими сроками орошения: 5, 10, 15 и более 30 лет /3/.

В основу выбора исследуемых объектов была положена идентичность почвенных, геоморфологических, гидрологических (уровень грунтовых вод >10м) условий, почвообразующих пород (лёссовидные суглинки), сельскохозяйственного использования (под многолетние травы, в основном под люцерну) II способа полива (дождевание машинами “Волжанка” и “Фрегат”) /3/.

Параллельно каждому орошаемому участку в аналогичных почвенно-экономических условиях в качестве контроля выбраны опытные участки (без орошения).

На каждом из выбранных участков методом парных разрезов (оро­шаемый участок — богара) из шести точек отбирали почвенные образцы на глубину до 50 см, методом сплошной колонки (из каждых 10 см). В образцах определяли структурно-агрегатный состав по методу Саввинова.
Доля агрегатов размером более 0,25 мм в слое О—30 см в обоих подтипах почв составляет около 95%. Ниже по профилю (слой 30—50 см) количество данных агрегатов уменьшается незначительно. Содержание агрегатов размером более 10 мм в верхнем слое (0—30 см) черноземов равно в среднем 17%.В слое 40—50 см количество их несколько меньше и составляет 14,4% для типичного и 12,1% для обыкновенного черноземов. Снижение макроструктурных элементов в указанных горизонтах, по-видимому, связано с ослаблением воздействия сельскохозяйственной техники на более глубокие слои почвы. Неорошаемые черноземы содержат значительное количество агрономически ценных структурных агрегатов. В пахотном горизонте чер­ноземов содержание их варьирует от 75,2 до 77,7% /3/.

Орошение черноземов в течение 15 лет привело к заметным измене­ниям структуры почв. Структура пахотного и подпахотного горизонтов приобрела отчетливо выраженные черты глыбистости. Количество агрегатов размером более 10 мм при орошении в верхнем 30-сантиметровом слое увеличилось почти в 2 раза и составило в типичном черноземе 30,7%, в обыкновенном—26,11%; в слое 40—50см эта фракция также увеличилась и составила соответственно 25,0 и 26,4%.

Таким образом, количество агрегатов диаметром более 10' см в слое 0—30 см увеличилось при орошении в типичном черноземе на 13,7%, в обыкновенном—на 9%, в слое 30—50см—соответственно на 10,6 и 14,3%.

За счет образования глыб в почвах орошаемых участков снизилось содержание агрегатов размером менее 0,25 мм. В слое типичных черноземов 0—30 см снижение составило 5,8%, обыкновенных—3,4%; в слое 40-50 см эти величины соответственно разны 2,5 и 3,8% /3/.

Под воздействием орошения изменилось и количество агрономически ценных структурных агрегатов. Как в типичных, так и в обыкновен­ных черноземах отмечено снижение их содержания. Таким образом, орошение оказало заметное влияние на 'структурно-агрегатный состав верхнего 50-сантиметрового слоя исследуемых почв.

По результатам мокрого просеивания почвы неорошаемых контрольных участков характеризуются достаточно высоким содержанием водопрочных агрегатов. Их количество в верхней части профиля (слой 0—30 см) составляет 68—69% (см. таблица 11, 12).

Водопрочность структуры, по А. Ф. Вадюниной и 3. А. Корчагиной , имеет двоякую природу. Она может быть обусловлена стойким химическим и физико-химическим закреплением коллоидов   (необратимая коагуляция коллоидов). С другой стороны, агрегаты могут быть водо­прочными вследствие их неводопроницаемости при резком снижении по-розности. В наших исследованиях в условиях орошения возрастает плот­ность почв, снижается порозность и водопроницаемость, т. е. можно ожи­дать и увеличение водопрочности структурных агрегатов. Однако анализ показал снижение водопрочности агрегатов во всем верхнем 50-салти-мстровом слое орошаемых типичных и обыкновенных черноземов. Можно предположить, что причиной этого являются изменения физико-химических свойств исследуемых почв.

Изменение водопрочности агрегатов обусловливает снижение крите­рия водопрочности орошаемых почв (в большей степени черноземов типичных). В слое 0—30 см критерий водопрочности черноземов типичных уменьшается на 15,6.%, черноземов обыкновенных—на 2'%.

В слое 30—50' см наиболее заметное уменьшение критерия водопрочности также наблюдается у черноземов типичных (от 7,9 до 57,0%) /3/.

Таким образом, орошение черноземов приводит к заметному ухудшению их структурного состояния, изменения охватывают значительную толщу почвенного профиля (50см) и наиболее сильно выражаются в уменьшении количества агрономически ценных структурных агрегатов и увеличении глыбистости.
Заключение

Структура почв, отражая характер почвообразовательного процесса, является одним из существенных факторов почвенного плодородия. Общеизвестно, что многие свойства почв, особенно физические, находятся в тесной коррелятивной зависимости от почвенной структуры. Длитель­ное сельскохозяйственное использование черноземов и других почв ЦЧО приводит к ухудшению их структуры, обусловливающей неблагоприятные изменения водно-воздушного, теплового и питательного режимов. Кроме того, ухудшение структуры почв влечет за собой уменьшение их водо­проницаемости и, как следствие, развитие процессов водной эрозии, осо­бенно заметных в западной части ЦЧО, расположенной в пределах Сред­нерусской возвышенности. Поэтому рациональное сельскохозяйственное использование черноземных почв немыслимо без создания и сохранения водопрочной агрономически ценной структуры.