Почвенно-экологическая оценка чернозема выщелоченного Западного Предкавказья

На фоне изменения естественного почвообразования сильное влияние на почвенные процессы оказывают антропогенные факторы, обусловленные сельскохозяйственным воздействием [1], [2], [3]. В отличие от естественной эволюции, которая протекает очень медленно и менее заметна, степень влияния антропогенного фактора выражено сильнее и в современный период становится определяющей [4]. Площадь черноземов России составляет 7 % от общей площади, и на них размещается 40 % всей пашни и производится 80 % всей земледельческой продукции [5]. Общая земельная площадь Краснодарского края ‒ 7548,5 тыс. га, где значительная доля приходится на сельскохозяйственные угодья (59,4 %). Наибольшие площади в крае занимают подтипы чернозема (4084 тыс. га, или 54,1 % почвенного покрова), на которых за последние 40 лет отмечено развитие процессов деградации [6], [7]. И особенно сильно это проявилось на выщелоченных подтипах [6], [8], [9]. В связи с этим обостряется необходимость проведения мониторинговых исследований за состоянием чернозема при сельскохозяйственном его использовании. Целью данной работы являлось проведение почвенно-экологической оценки чернозема выщелоченного Западного Предкавказья при систематическом применении минеральных удобрений.

Исследования выполнялись в условиях стационарного полевого опыта, заложенного в 1981 г. на типичном равнинном агроландшафте южной части Азово-Кубанской низменности Западного Предкавказья чернозема выщелоченного, занятым культурами 11-польного зерно-травяно-пропашного севооборота. Опыт включает 16 вариантов и представляет собой выборку 1/4 части полного факториального эксперимента 4×4×4, образованную тремя факторами: азотом, фосфором и калием. В работе оценивались контрастные варианты 000, 111, 222 и 333, где первая цифра индекса соответствует норме вносимых азотных, вторая – фосфорных, третья – калийных удобрений под культуры севооборота (000 – без удобрений, 111 – единичная норма полного удобрения, 222 – двойная норма полного удобрения, 333 – тройная норма полного удобрения). За сорокалетний период использования чернозема выщелоченного в сельскохозяйственном производстве на вариантах 111, 222 и 333 было внесено N990P940K690, N1980P1880K1380 и N2970P2820K2070 соответственно.

Почвенно-экологическая оценка чернозема выщелоченного Западного Предкавказья проводилась по валовому содержанию кобальта, меди, цинка, кадмия и свинца с использованием атомно-абсорбционного метода [10].

Статистическая оценка экспериментальных данных проведена методом дисперсионного анализа [11].

До освоения 11-польного зерно-травяно-пропашного севооборота в пахотном 0-20 см и подпахотном 21-40 см слоях чернозема выщелоченного содержалось равное количество валового кобальта – 14,8 мг/кг [9], что выше кларкового значения почв мира 10 мг/кг [12]. Сельскохозяйственное использование чернозема выщелоченного способствовало уменьшению его содержания в почве. В варианте без удобрений общее количество кобальта снизилось на 2,8 % в пахотном и на 2,1 % подпахотном слоях почвы. Ежегодное применение удобрений способствовало более интенсивному снижению содержания этого элемента в пахотном слое почвы по сравнению с нижележащим. Вероятно, такая дифференциация в распределении кобальта обусловлена большим потреблением микроэлемента растениями из 0-20 см слоя почвы и в некоторой степени выщелачиванием его вниз по профилю. В наибольшей степени на снижение валового кобальта повлияла длительно применяемая система удобрений с тройной нормой их внесения. В пахотном и подпахотном слоях почвы уменьшение относительно исходного уровня составило 0,8 мг/кг (5,7 %) и 0,6 мг/кг (4,2 %) соответственно. Сравнивая с вариантом без внесения удобрения содержание валового кобальта меньше на 2,9 % в слое 0-20 см и на 2,1 % ‒ 21-40 см. На других удобренных вариантах уменьшение этого микроэлемента было менее интенсивным (см. таблицу 1).

Валовое содержание меди в черноземе выщелоченном близко к кларку почвы 20,0 мг/кг, но несколько ниже, чем в курском эталонном черноземе 26 мг/кг [9], [12]. До закладки опыта меди содержалось 17,2 мг/кг в пахотном и 17,4 мг/кг подпахотном слоях [9]. После освоения севооборота в неудобренной почве количество валовой меди, относительно исходного содержания, снизилось в пахотном слое на 2,4 %, подпахотном – 2,3 %. Применение удобрений в рекомендуемых нормах для питания культур севооборота привело к снижению валового содержания меди в почве. Содержание в ней этого микроэлемента, по отношению к исходному, уменьшилось в пахотном слое на 0,7-1,2 мг/кг (4,2-7,5 %), подпахотном – 0,6-1,1 мг/кг (3,6-6,7%). В сравнении с полем, где удобрения не вносились, снижение составило 1,8-5,0 и 1,2-4,3 % соответственно. Наибольшее уменьшение валового содержания меди отмечалось при длительном внесении минеральных удобрений с тройной нормой 333 (см. таблицу 1). Наблюдаемая тенденция снижения содержания этого микроэлемента в почве обусловлена его отчуждением возрастающими под воздействием удобрений урожаями культур севооборота и ростом подвижности, а, следовательно, миграцией вниз по почвенному профилю [9].

В пахотном слое почвы до закладки опыта валового цинка содержалось 42,8 мг/кг, в подпахотном – 45,7 мг/кг. За эталон содержания валового цинка принято его количество в курском черноземе – 52 мг/кг почвы. В черноземах Кубани содержится 51-75 мг/кг цинка [9]. При использовании почвы под выращивание сельскохозяйственных культур без внесения удобрений количество валового цинка существенно не изменялось и оставалось на уровне исходного содержания. При систематическом внесении удобрений наблюдалось более заметное уменьшение цинка в пахотном слое на 0,6-0,9 мг/кг (1,4-2,1 %), подпахотном – 0,7-1,0 мг/кг (1,6-2,2 %). Ежегодные потери микроэлемента из почвы в удобряемых вариантах в пахотном слое составили 0,1-0,4 мг/кг (0,2-1,0 %), а в подпахотном – 0,1-0,3 мг/кг (0,2-0,7 %). Применение тройной нормы удобрений способствовало большему уменьшению содержания валового цинка (см. таблицу 1).

Количество кадмия в исследуемом черноземе больше кларка почв мира (0,5 мг/кг), но близко к среднему значению для черноземов (0,9 мг/кг) [9], [12]. В пахотном слое почвы до закладки опыта количество его составляло 0,75 мг/кг, подпахотном – 0,86 мг/кг [9]. После освоения севооборота в неудобренной почве валового содержания кадмия несколько возросло на 2,7 % в пахотном и на 1,2 % – подпахотном слоях почвы. Это является следствием техногенного его поступления на поверхность почвы в составе пыли, переносимой ветром, и с атмосферными осадками.

Ежегодное использование удобрений не способствовало значительному накоплению кадмия в исследуемой почве, угрожающее экологическому ее состоянию– 0,77-0,88 мг/кг (ОДК 2,0 мг/кг согласно ГН 2.1.7.2511-09 [13]). Однако, в процессе агрогенеза отмечена тенденция накопления кадмия в почве при систематическом внесении удобрений на поля севооборота. Под их воздействием валовое содержание элемента возросло на 0,03-0,07 мг/кг (4,0-9,3 %) в пахотном слое почвы и на 0,01-0,02 мг/кг (1,2-2,3 %) – подпахотном (см. таблицу 1). Такое приращение содержания кадмия в почве является следствием поступления элемента на поля севооборота, кроме отмеченных для неудобренного севооборота, как примесь с минеральными удобрениями.

Содержание свинца в черноземе выщелоченном превышает кларк почв мира (10 мг/кг), но близок к среднему значению, установленному для почв Европейской части Российской Федерации – 15-47 мг/кг [9]. Чернозем выщелоченный до закладки опыта содержал 26,6 мг/кг свинца в пахотном и 25,6 мг/кг – подпахотном слоях [9]. После сорокалетнего его использования под культуры севооборота содержание этого элемента в неудобренной почве соответствовало исходному уровню. Научно обоснованная система удобрений не привела к заметному увеличению количества свинца в почве, угрожающее экологическому ее состоянию (ОДК 130 мг/кг [13]). Под воздействием удобрений валовое содержание элемента в почве возросло на 0,8 % в пахотном и на 1,6 % – подпахотном слоях (см. таблицу 1).

Длительное применение удобрений под культуры севооборота не привело к существенному накоплению кобальта, меди, цинка, кадмия и свинца в черноземе выщелоченном Западного Предкавказья. Их значения не превышают ориентировочно допустимые концентрации в почве, что не может вызвать каких-либо нежелательных изменений или аномалий в ходе биологических процессов и привести к накоплению в сельскохозяйственных растениях, а, следовательно, не может нарушить биологический оптимум.