МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ИЗМЕНЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ПОЧВ РИСОВОГО АГРОЦЕНОЗА И БОГАРЫ

Шеуджен А.Х.¹, Гуторова О.А.², Зубкова Т.А.³, Штуц Р.В.⁴, Кащиц В.П.⁵, Максименко Е.П.⁶, Филипенко А.С.⁷, Минаев Н.С.⁸

¹Член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, Всероссийский научно-исследовательский институт риса, ²Кандидат биологических наук, Всероссийский научно-исследовательский институт риса, ³Доктор биологических наук, факультет почвоведения, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, ⁴Младший научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт риса, ⁵Младший научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт риса, ⁶Директор, ФГУ ЭСП "Красное" Всероссийский научно-исследовательский институт риса, ⁷Студент, Кубанский государственный аграрный университет, ⁸Студент, Кубанский государственный аграрный университет

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и министерства образования, науки и молодежной политики Краснодарского края в рамках научного проекта № 16-44-230473

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ИЗМЕНЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ПОЧВ РИСОВОГО АГРОЦЕНОЗА И БОГАРЫ

Аннотация

Рассмотрены морфологические свойства и магнитная восприимчивость лугово-черноземных почв, используемых под посевы затопляемого риса и богарных культур. В рисовой почве преобладают процессы оглеения, слитизации и декарбонизации. В почве богары, расположенной на рисовой оросительной системе, процессы оглеения и выщелачивания отсутствуют, а плотное сложение связано с её исходным генезисом. В почве богары, находящейся за пределами рисовой системы, обнаружены признаки гидроморфизма, выщелачивания и слитогенеза. Наибольшей магнитной восприимчивостью обладает почва богары, расположенная на рисовой системе и не подверженная гидроморфному почвообразованию. В условиях рисосеяния она снижена в 2 раза.

Ключевые слова: рисовая почва, богара, морфология почв, почвенный профиль, магнитная восприимчивость почв.

Sheudzhen А.Kh¹, Gutorova О.А.², Zubkova Т.А.³, Stuts R.V.⁴, Kashits V.P.⁵, Maximenko E.P.⁶, Philipenko A.S.⁷, Minaev N.S.⁸

¹Corresponding member of Russian Academy of Science, PhD in Biology, All-Russian Rice Research Institute, ²PhD in Biology, All-Russian Rice Research Institute, ³PhD in Biology, faculty of soil studies, Moscow State University named after M.V. Lomonosov, ⁴Junior scientist, All-Russian Rice Research Institute, ⁵Junior scientist, All-Russian Rice Research institute, ⁶Director, FSE ESF "Krasnoe" All-Russian Rice Research Institute, ⁷Student, Kuban State Agrarian University, ⁸Student, Kuban State Agrarian University

MORPHOLOGICAL FEATURES AND CHANGES IN THE MAGNETIC SUSCEPTIBILITY OF SOILS AND RAINFED RICE AGROCENOSES

Abstract

The article observes morphological features and magnetic susceptibility of meadow-chernozemic soils used for irrigated rice and rainfed crops. Processes of gleyzation, hardsetting and decarbonizing prevail in rice soils. Processes of gleyzation and desalinization absent in the rainfed profile located in rice irrigation system, its firm consistency is connected with initial soil genesis. Traits of hydromorphism, desalinization and slythogenesis were found in rainfed profile located outside the rice system. Rainfed soil located in rice system not subjected to hydromorphic soil formation possesses the highest level of magnetic susceptibility. It is twice lower in conditions of rice growing.

Keywords: rice soil, boghara, soil morphology, soil profiles, magnetic susceptibility of soils.

Морфология почв является самостоятельным и информативным разделом при диагностики и классификации почвенных разновидностей, поскольку в морфологических свойствах отражаются минералогический и гранулометрический составы, протекающие почвообразовательные процессы, уровень почвенного плодородия. Освоение почв под рис влечёт за собой необратимые изменения их свойств вне зависимости от исходного генезиса. Одним из главных факторов, влияющим на признаки и свойства почвы, является длительное ежегодное затопление в течение 4-5 месяцев. Специфические условия водного режима на рисовом поле формируют новый тип антропогенных «рисовых» почв. Степень и скорость трансформированности почв зависит от их генезиса и продолжительности периода возделывания риса [1]. Однако все рисовые почвы объединены тем, что близкий уровень грунтовых вод и поверхностное затопление оросительной водой обуславливают их принадлежность к гидроморфным почвам [2].

Генезис рисовых почв тесно связан с трансформацией соединений железа. Железо является важным диагностическим показателем, характеризующий многие элементарные почвенные процессы и отражает морфологические признаки почв [3-5]. Его соединения обуславливают магнитные свойства почвы, одной из характеристик которых является магнитная восприимчивость, которая для разных типов почв и их генетических горизонтов является физической величиной, характеризующей способность почвенных железосодержащих минералов к намагничиванию. Магнитная восприимчивость может служить критерием интенсивности протекания таких элементарных почвенных процессов как гумусонакопление, оглеение, осолодение и др. [6].

Целью работы являлось изучение морфологических особенностей и изменения магнитной восприимчивости лугово-черноземных почв, используемых под посевы затопляемого риса и богарных культур.

Методика исследования. Исследования проводились ФГУ ЭСП «Красное» Красноармейского района Краснодарского края. Почвенно-климатические условия района проведения исследования были опубликованы ранее [7]. Объектами исследований являлись почвенные разрезы, заложенные на рисовой оросительной системе (РОС) и за её пределами. Рисовая система функционирует с 1937 г. Изучению подверглись следующие участки:

1. Вид угодий: рисовый чек. Предшественник – рис по рису 2 года. Растительность – растительные и корневые остатки риса. Рельеф – плавневая равнина. Геологические условия – аллювиальные отложения. Глубина разреза – 200 см. Название почвы: рисовая лугово-черноземная слабовыщелоченная мощная глинистая на аллювиальных отложениях.
2. Вид угодий: богара, расположенная на РОС. Предшественник – кукуруза на зерно. Растительность – посев озимой пшеницы. Рельеф – плавневая равнина. Геологические условия – аллювиальные отложения. Глубина разреза – 160 см. Название почвы: лугово-черноземная карбонатная среднемощная тяжелосуглинистая на аллювиальных отложениях.
3. Вид угодий: богара, расположенная за пределами РОС. Предшественник – озимый ячмень. Растительность – посев кукурузы на силос. Рельеф – плавневая равнина с понижениями. Геологические условия – аллювиальные отложения. Глубина разреза – 200 см. Название почвы: лугово-черноземная слабовыщелоченная среднемощная среднесуглинистая на погребенной почве.

Морфологическое описание почвенных разрезов проводили по общепринятой методике [8]. Название почв дано в соответствии с региональной классификацией и классификационной системой России [9, 10]. Плотность почвы определяли методом Качинского [11]. Величина магнитной восприимчивости измерялась каппаметром КМ 7.

Результаты исследования и их обсуждения. Исследования показали, что исследуемые почвы различаются по строению почвенного профиля, морфологическим и магнитным её свойствам.

Преобладающими почвенными процессами рисовой лугово-черноземной почвы являются оглеение, слитизация и декарбонизация. Проявление гидроморфных признаков наблюдается уже с поверхности в форме скоплений или новообразований, имеющих вид прожилок ржавчины, охристых стяжений и пятен, что говорит о чередовании окислительно-восстановительных условий, гидрогенной аккумуляции железа. В средней части профиля проявляются сизые пятна оглеения, что свидетельствует о преобладании восстановленных условий. Рисовые почвы подвергаются влиянию грунтовых вод, которые залегают на глубине 1,5-2,0 м. Следствием этого является высокая влажность нижних горизонтов. По мощности гумусового горизонта исследуемая рисовая почва мощная (А+АВ=105 см). Вскипание от действия 10 %-ной HCl начинается с глубины 62 см. Карбонаты встречаются чуть выше линии вскипания, что свидетельствует о декарбонизации почвенного профиля (см. рис. 1).

Профиль рисовой почвы характеризуется хорошо выраженной дифференциацией на генетические горизонты: А_пах – А – АВ – В – С. Пахотный горизонт, мощностью 20 см, темно-серый, зернисто-комковатый, бескарбонатный, уплотненный (1,30 г/см³), имеет слаборазложившиеся растительные остатки и признаки гидроморфизма. Вниз по профилю в окраске проявляется бурый и сизоватый оттенок с выраженными гумусовыми затеками, что говорит о развитии оглеения и подвижности органического вещества. Зернисто-комковатая структура пахотного горизонта сменяется на комковато-глыбистую в горизонте А, а в подстилающей и почвообразующей породе почва бесструктурная (вязкая почвенная масса); в них возрастает содержание карбонатов и плотность сложения до 1,43-1,50 г/см³. В нижележащих горизонтах признаки слитогенеза сформировались под действием выщелачивания карбонатов кальция. Почвообразующей породой явились аллювиальные отложения глинистого гранулометрического состава.

Рис. 1 ‒ Почвенный профиль рисовой почвы (а) и богары, расположенной на рисовой системе (б)

Почвенный профиль богары, расположенный на РОС имеет сходное строение с рисовой почвой: А_пах – А – АВ – В – С (см. рис. 1). Почва залегает на карбонатных аллювиальных отложениях. Почва богарного участка в отличии от рисовой характеризуется меньшей мощностью гумусового горизонта (А+АВ=75 см), относясь к среднемощным видам. Увеличение мощности рисовой почвы связано с подвижностью органического вещества и вымыванием его в нижележащие горизонты. Для богарной почвы свойственна более лучшая структура, изменяющаяся от зернисто-комковатой в горизонте А_пах. до комковатой в горизонте АВ. Вниз по профилю увеличивается плотность горизонтов от 1,31 в пахотном слое до 1,55 г/см³ в горизонте С. Плотное сложение почвы обусловлено её исходным генезисом. Гидроморфные признаки в профиле богары полностью отсутствуют. Вскипание и выделение карбонатных новообразований в форме журавчиков и белоглазки начинаются с поверхности.

Для профиля богары, расположенной за пределами РОС на пониженных участках плавневой равнины, характерны гидроморфные признаки в виде ржавых и охристых пятен, усиливающиеся в нижней толщи почвы (см. рис. 2).

Рис. 2 ‒ Почвенный профиль богары, расположенной за пределами рисовой системы

Почвенный профиль богары по своему строению сложный А_пах‒АВ‒В‒[А₁]‒[А₂], так как имеет реликтовые погребенные горизонты [А₁] и [А₂]. Вследствие этого мощность почвы небольшая (А+АВ=52 см). Плотность горизонтов А‒АВ‒В составляет 1,34-1,53 г/см³, погребенных слоев ‒ 1,49-1,54 г/см³. Линия вскипания от 10 %-ной HCl отмечается с глубины 32 см. Глубина появления карбонатов в виде мелких журавчиков располагается выше линии вскипания, что говорит о проявлении декарбонизации. Высокая плотность и наличие гидроморфных признаков погребенных горизонтов подчеркивает то, что исследуемая почва в прошлом была сформирована в гидроморфных условиях.

Исследования показали, что магнитная восприимчивость (МВ, χ) почв изменяется в зависимости от степени гидроморфизма и сельскохозяйственного их использования (см. рис. 3). В условиях ежегодного затопления и последующего иссушения рисовой почвы МВ уменьшается в 2 раза по сравнению с богарой, расположенной на РОС и не подверженной к переувлажнению. При этом магнитный профиль рисовой почвы дифференцирован. В нем четко прослеживается уменьшение МВ в пахотном горизонте и увеличение в подпахотном горизонте А, связанное с миграцией и осаждением железа. С развитием оглеения в нижележащих горизонтах происходит резкое снижение МВ почвы вплоть до горизонта С. Все это говорит о том, что магнитный профиль рисовой почвы формируется в процессе антропогенного и гидроморфного почвообразования.

Магнитные профили богарных участков различаются между собой (см. рис. 3). Наибольшие показатели МВ почвы отмечены в профиле богары, расположенной на РОС. Причем магнитный профиль характеризуется постепенным уменьшением МВ почвы с 0,300×10^-3 в пахотном горизонте до 0,165×10^-3 ед. СИ в горизонте С. Для почвы богары, находящейся за пределами системы и имеющей в своём строении погребенные слои, МВ не сильно изменяется по горизонтам почвенного профиля. Но тем не менее более высокие показатели МВ отмечены в пахотном слое по сравнению с погребенными горизонтами, связанное с постоянно идущим процессом гумусообразования.

Рис. 3 ‒ Изменение магнитной восприимчивости (χ) по профилю рисовой почвы (а) и почв богарных участков, расположенных на рисовой системе (б) и за её пределами (в)

Кроме вышеперечисленного, величина МВ рисовой почвы существенно не отличается от богарной, находящейся за пределами РОС. Это следствие того, что участок богары расположен в низине и периодически подвергается переувлажнению. Об этом также свидетельствуют морфологическое описание профиля. Так, в рисовой почве величина МВ в пахотном слое составляет 0,163×10^-3 ед. СИ, а в богарной ‒ 0,150×10^-3 ед. СИ.

Выводы.

1. В рисовой лугово-черноземной почве преобладают процессы оглеения, слитизации и декарбонизации. В почве богары, расположенной на РОС, процессы оглеения и выщелачивания отсутствуют, а плотное сложение связано с её исходным генезисом. В профиле почвы богары, расположенной за пределами РОС, обнаружены гидроморфные признаки, реликтовые погребенные горизонты, сильнее проявляются выщелачивание и слитогенез. Последнее говорит о том, что участок богары в прошлом прошёл стадию гидроморфного почвообразования.

2. Магнитная восприимчивость зависит от степени гидроморфизма и сельскохозяйственного использования почв. Наибольшие показатели отмечены в почве богары, расположенной на рисовой системе и не подверженной гидроморфному почвообразованию. В почве под рисом магнитная восприимчивость снижена в 2 раза.

Литература

1. Бочко Т.Ф. Окислительно-восстановительные процессы в почвах рисовых полей Кубани / Т.Ф. Бочко, К.М. Авакян, А.Х. Шеуджен, Е.М. Харитонов, И.Д. Черниченко, В.П. Суетов. ‒ Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2002. ‒ 52 с.
2. Ковда И.В. Рисовые почвы и некоторые результаты их изучения в Китае / И.В. Ковда, М.П. Лебедева, Г-Л Чжан, З-Т Гон, Д-Ц Ли, В.И. Васенев // Бюллетень почвенного института им. В.В. Докучаева, 2009. ‒ № 63. ‒ С. 50-62.
3. Гуторова О.А.Содержание железа в лугово-черноземной почве рисовых полей в условиях Кубани / О.А. Гуторова, А.Х. Шеуджен // Плодородие, 2016. ‒ № 3 (90). ‒ С. 15-18.
4. Гуторова О.А. Трансформация соединений железа в почве рисовых полей / О.А. Гуторова, А.Х. Шеуджен, А.Н. Марущак // Вiсник аграрноï науки, 2013. ‒ № 11. ‒ 44-46 л.
5. Шеуджен,А.Х. Железо в питании и продуктивности риса / А.Х. Шеуджен, В.В. Прокопенко, Т.Н. Бондарева, М.Н. Броун. – Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2004. ‒ 152 с.
6. Водяницкий, Ю.Н. Магнитный метод / Ю.Н. Водяницкий, М.И. Скрипникова // Руководство по изучению палеоэкологии культурных слоев древних поселений. ‒ М.: РАН, МГУ, 2000. – 88 с.
7. Гуторова О.А. Подвижность водорастворимого органического вещества почвы при возделывании риса / О.А. Гуторова, А.Х. Шеуджен, А.Г. Ладатко // Доклады РАСХН, 2012. ‒ № 1. – С. 28-30.
8. Розанов Б.Г. Морфология почв / Б.Г. Розанов ‒ М.: МГУ, 1983. ‒ 320 с.
9. Вальков В.Ф. Почвоведение (почвы Северного Кавказа) / В.Ф. Вальков, Ю.А. Штомпель, В.И. Тюльпанов. ‒ Краснодар: Изд-во «Советская Кубань», 2002. ‒ 300 с.
10. Шишов Л.Л. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова // Под ред. акад. РАН Г.В. Добровольского. – Смоленск: Окуймена, 2004. – 342 с.
11. Мазиров М.А. Полевые исследования свойств почв: учебное пособие к полевой практике для студентов, обучающихся по направлению подготовки 021900 – почвоведение / М.А. Мазиров, Е.В. Шейн, А.А. Корчагин, Н.И. Шушкевич, А.В. Дембовецкий. – Владимир: Изд-во ВлГУ, 2012. – 72 с.

References

1. Bochko T.F. Okislitel'no-vosstanovitel'nye processy v pochvah risovyh polej Kubani / T.F.Bochko, K.M. Avakjan, A.H. Sheudzhen, E.M. Haritonov, I.D. Chernichenko, V.P. Suetov. ‒ Majkop: GURIPP «Adygeja», 2002. ‒ 52 s.
2. Kovda I.V. Risovye pochvy i nekotorye rezul'taty ih izuchenija v Kitae / I.V. Kovda, M.P. Lebedeva, G-L Chzhan, Z-T Gon, D-C Li, V.I. Vasenev // Bjulleten' pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva, 2009. ‒ № 63. ‒ S. 50-62.
3. Gutorova O.A.Soderzhanie zheleza v lugovo-chernozemnoj pochve risovyh polej v uslovijah Kubani / O.A. Gutorova, A.H. Sheudzhen // Plodorodie, 2016. ‒ № 3 (90). ‒ S. 15-18.
4. Gutorova O.A. Transformacija soedinenij zheleza v pochve risovyh polej / O.A. Gutorova, A.H. Sheudzhen, A.N. Marushhak // Visnik agrarnoï nauki, 2013. ‒ № 11. ‒ 44-46 l.
5. Sheudzhen A.H. Zhelezo v pitanii i produktivnosti risa / A.H. Sheudzhen, V.V. Prokopenko, T.N. Bondareva, M.N. Broun. – Majkop: GURIPP «Adygeja», 2004. ‒ 152 s.
6. Vodjanickij Ju.N. Magnitnyj metod / Ju.N. Vodjanickij, M.I. Skripnikova // Rukovodstvo po izucheniju paleojekologii kul'turnyh sloev drevnih poselenij. ‒ M.: RAN, MGU, 2000. – 88 s.
7. Gutorova O.A. Podvizhnost' vodorastvorimogo organicheskogo veshhestva pochvy pri vozdelyvanii risa / O.A. Gutorova, A.H.Sheudzhen, A.G. Ladatko // Doklady RASHN, 2012. ‒ № 1. – S. 28-30.
8. Rozanov B.G. Morfologija pochv / B.G. Rozanov ‒ M.: MGU, 1983. ‒ 320 s.
9. Val'kov V.F. Pochvovedenie (pochvy Severnogo Kavkaza) / V.F. Val'kov, Ju.A. Shtompel', V.I. Tjul'panov. ‒ Krasnodar: Izd-vo «Sovetskaja Kuban'», 2002. ‒ 300 s.
10. Shishov L.L. Klassifikacija i diagnostika pochv Rossii / L.L. Shishov, V.D. Tonkonogov, I.I. Lebedeva, M.I. Gerasimova // Pod red. akad. RAN G.V. Dobrovol'skogo. – Smolensk: Okujmena, 2004. – 342 s.
11. Mazirov M.A. Polevye issledovanija svojstv pochv: uchebnoe posobie k polevoj praktike dlja studentov, obuchajushhihsja po napravleniju podgotovki 021900 – pochvovedenie / M.A. Mazirov, E.V. Shejn, A.A.Korchagin, N.I. Shushkevich, A.V. Demboveckij. – Vladimir: Izd-vo VlGU, 2012. – 72 s.