ASSESSMENT OF THE SOIL CONDITION OF THE KLYAZMA BASIN USING THE METHOD OF CALCULATING THE INTEGRAL INDICATOR OF SOIL FERTILITY

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВ БАССЕЙНА КЛЯЗЬМЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ

Научная статья

Курочкин И.Н.^1, *, Чугай Н.В.², Кулагина Е.Ю.³

¹ ORCID: 0000-0002-0405-2225;

^{1, 2, 3} Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г, Столетовых, Владимир, Россия

* Корреспондирующий автор (ivan33vl[at]yandex.ru)

Аннотация

В работе представлены результаты исследований, посвящённых комплексной оценке состояния почв с применением бассейнового подхода. На основе статистических и экспериментальных данных составлены картосхемы распределения агрохимических характеристик по районам Владимирской области; рассчитан интегральный показатель почвенного плодородия. Результаты проведённых исследований подтверждают сохранение тенденции к увеличению обменной кислотности почв, и постепенному снижению содержания органического вещества. Наибольшие показатели плодородия фиксируются на серых лесных почвах северной и северо-западной частей области, наименьшие – на песчаных почвах, расположенных по правому берегу Клязьмы в среднем течении.

Ключевые слова: почвенное плодородие, обменная кислотность, деградация почв, гумус, ГИС-технологии.

ASSESSMENT OF THE SOIL CONDITION OF THE KLYAZMA BASIN USING THE METHOD OF CALCULATING THE INTEGRAL INDICATOR OF SOIL FERTILITY

Research article

Kurochkin I.N.^1, *, Chugay N.V.², Kulagina E.Yu.³

¹ ORCID: 0000-0002-0405-2225;

^{1, 2, 3} Vladimir state university named after A.G. and N.G. Stoletovs, Vladimir, Russia

* Corresponding author (ivan33vl[at]yandex.ru)

Abstract

The paper presents the results of research on a comprehensive assessment of the state of soils using the basin approach. On the basis of statistical and experimental data, maps of the distribution of agrochemical characteristics in the districts of the Vladimir region were compiled; an integral indicator of soil fertility was calculated. The results of the research confirm the continuing trend towards increasing soil exchange acidity, and a gradual decrease in the content of organic matter. The highest indicators of fertility are recorded on gray forest soils in the Northern and North-Western parts of the region, the lowest - on sandy soils located on the right Bank of the Klyazma in the middle stream.

Keywords: soil fertility, exchange acidity, soil degradation, humus, GIS technologies.

Введение

При оценке состояния земельных угодий первостепенными факторами выступают обменная кислотность почвы, содержание органического вещества, содержание фосфора, калия и азота.

В настоящее время особенно актуальной проблемой, приводящей к деградации почвенного покрова, является увеличение уровня обменной кислотности и тенденция к постепенному снижению показателя плодородия почв [1], [2], [3].

Статистические данные и работы ряда исследователей [1], [4], [8] подтверждают сохранение тенденции увеличение уровня кислотности почв во всех районах Владимирской области, что обусловлено снижением количества вносимых удобрений, направленных на поддержание оптимальных показателей плодородия и кислотности, и также увеличением доли заброшенных сельскохозяйственных угодий – залежей. Таким образом, комплексная оценка состояния земельных угодий является актуальной задачей.

Материалы и методы исследования

Для проведения оценки состояния почв, на основе экспериментальных и статистических данных нами были составлены картосхемы распределения почв по уровню обменной кислотности и другим агрохимическим характеристикам; с применением ГИС-технологий составлена база данных, отображающая площадные характеристики распределения типов почв по районам области; а также на основе статистических данных рассчитан показатель почвенного плодородия для районов области, относящихся к речному бассейну Клязьмы, ранее использовавшийся лишь в экологических исследованиях в пределах административных единиц.

В исследовании использованы данные агрохимического обследования сельскохозяйственных почв Владимирской области, проводимые Центром агрохимической службы, а также экспериментальные данные, полученные в полевых экспедициях, совершённых сотрудниками кафедры биологии и экологии Владимирского государственного университета. Помимо сельскохозяйственных почв, в работе были исследованы почвы заброшенных сельскохозяйственных угодий (залежи). Типы почв указаны в соответствии с Классификацией почв СССР 1977 года. Отбор образцов почв проводили по ГОСТ 17.4.4.02-84.

Содержание почвенного гумуса определялось по ГОСТ 26231-91, концентрация подвижного фосфора в пересчёте на P2O5 – по ГОСТ Р 54650-2011, концентрация подвижного калия в пересчёте на K2O – по ГОСТ Р 54650-2011, концентрация нитратного азота – по ГОСТ 26951-86. Определение кислотности образцов почв проводили по ПНДФ 14.1:2:34.121-97.

Выделение границ речного бассейна, обработка статистических данных и составление карт проведено при помощи программного обеспечения ArcGIS.

Результаты и обсуждение

На основе статистических данных, полученных Центром агрохимической службы «Владимирский», с использованием ГИС-технологий нами была составлена картосхема динамики изменения обменной кислотности в районах Владимирской области с 1990 года (рис. 1).

 

Рис. 1 – Изменение кислотности почв Владимирской области в 1990-2019 гг.

 

Кроме того, для оценки современного состояния кислотности и сравнения статистических данных с данными, полученными в ходе полевых исследований, нами составлена картосхема, отображающая средний показатель кислотности в районах Владимирской области в пределах бассейна Клязьмы в настоящее время (рис. 2).

 

Рис. 2 – Средний показатель кислотности в районах Владимирской области на 2019 год

 

Как следует из полученных данных, наиболее высокая кислотность фиксируется на торфяно-подзолистых глеевых почвах Собинского района, на правом берегу Клязьмы, в пределах Мещёрской низменности. Установлено, что наиболее заметное увеличение кислотности в последние десятилетия фиксируется в Гусь-Хрустальном, Киржачском, Кольчугинском и Ковровском районах (-0,5 и выше) (табл. 1).

 

Таблица 1 – Динамика снижения показателя pH в районах Владимирской области

Район	Мин. значение pH	Значение pH в последнем туре	Изменение pH
Александровский	5,6 (1990г.)	5,4 (2017г.)	-0,2
Вязниковский	5,9 (1998г.)	5,5 (2016г.)	-0,4
Гороховецкий	5,6 (1998г.)	5,5 (2016г.)	-0,1
Гусь-Хрустальный	5,7 (1990г.)	5,1 (2017г.)	-0,6
Камешковский	5,7 (1991г.)	5,5 (2017г.)	-0,2
Киржачский	5,9 (1990г.)	5,3 (2018г.)	-0,6
Ковровский	6,1 (1994г.)	5,6 (2017г.)	-0,5
Кольчугинский	5,9 (1994г.)	5,4 (2018г.)	-0,5
Петушинский	5,6 (1991г.)	5,3 (2019г.)	-0,3
Собинский	5,8 (1992г.)	5,5 (2019г.)	-0,3
Судогодский	5,7 (1991г.)	5,4 (2015г.)	-0,3
Суздальский	5,8 (1998г.)	5,5 (2018г.)	-0,3
Юрьев-Польский	5,8 (1996г.)	5,6 (2015г.)	-0,2

 

Слабое изменение показателя кислотности в Юрьев-Польском и Александровском районах (-0,2 и ниже) обусловлено наличием достаточно плодородных почв (среднее содержание гумуса от 2,34 в Александровском районе до 2,69 в Юрьев-Польском) слабокислых почв с pH 4,9-5,0, для которых процедура известкования не является необходимой.

Ввиду того, что на исследуемой территории значительную площадь занимают серые лесные почвы, отличающиеся более благоприятными агрохимическими показателями, pH для этих почв проанализирован отдельно. Значение кислотности, характерное для серых лесных почв, меньше, чем для дерново-подзолистых – преобладают слабокислые почвы с pH 5,2-6,0 [8].

Площадь серых лесных почв на исследуемой территории составляет чуть менее 20%, они встречаются в Александровском, Кольчугинском, Петушинском, Собинском, Суздальском и Юрьев-Польском районах. Максимальную площадь серые лесные почвы всех типов занимают в Суздальском и Юрьев-Польском районах (57,26% и 67,4% от общей площади земельных угодий соответственно).

При рассмотрении кислотности пахотных земель (табл. 2) установлено, что наибольшая доля пахотных почв с pH > 5,6, т.е. нейтральные и близкие к нейтральным, наблюдается в Ковровском и Юрьев-Польском районах (65,5 и 64,0% соответственно). Районами с малой площадью таких почв являются Петушинский, Александровский и Киржачский (28,9-32,9% от площади всех пахотных почв районов).

 

Таблица 2 – Распределение пахотных земель по показателю кислотности (по состоянию на начало 2019 г.)

Наименование района	Степень кислотности, ( рНКСl )						рН КСlср
	<4,0	4,1-4,5	4,6-5,0	5,1-5,5	5,6-6,0	>6,0
	В % от площади пахотных земель
Александровский	0,0	2,0	19,2	48,2	27,4	3,2	5,35
Вязниковский	0,1	2,5	17,9	31,5	33,1	14,9	5,47
Гороховецкий	0,0	0,6	11,3	47,6	39,4	1,1	5,45
Гусь-Хрустальный	1,0	15,3	30,0	35,3	13,2	5,2	5,09
Камешковский	0,0	2,1	10,7	40,7	43,3	3,2	5,47
Киржачский	0,0	1,9	23,5	41,7	26,4	6,5	5,34
Ковровский	0,0	0,6	4,5	29,4	55,4	10,1	5,63
Кольчугинский	0,3	1,8	14,9	40,4	39,7	2,9	5,42
Петушинский	1,3	9,1	23,4	37,3	16,3	12,6	5,26
Собинский	0,0	1,3	6,7	43,4	45,6	3,0	5,50
Судогодский	0,1	5,7	22,1	35,9	29,8	6,4	5,35
Суздальский	0,2	0,5	6,4	43,2	47,3	2,4	5,52
Юрьев-Польский	0,0	0,2	3,6	34,2	58,0	4,0	5,62
По области:	0,2	2,5	11,6	38,7	41,4	5,6	5,47

 

В целом, территория Владимирской области в настоящее время характеризуется значительной площадью слабокислых и близких к нейтральным почв [9].

В соответствии со статистическими данными, среднее содержание органического вещества в почвах Владимирской области составляет 2,36% (Таблица 3)

 

Таблица 3 – Распределение пахотных земель по содержанию органического вещества

№ п/п	Наименование района	Содержание органического вещества (гумус), %						Средне- взвешен. пок-тель гумуса,%
		Очень низкое	Низкое	Среднее	Повы-шенное	Высокое	Очень высокое
		<1,40	1,41-2,00	2,01-2,50	2,51-3,00	3,01-4,00	> 4,01
		В % от площади пахотных земель
1	Александровский	0,8	25,0	39,5	23,8	10,3	0,6	2,34
2	Вязниковский	8,0	52,4	30,7	7,3	1,2	0,4	1,93
3	Гороховецкий	13,4	50,8	27,6	6,2	1,3	0,7	1,87
4	Гусь-Хрустальный	22,0	47,9	17,0	8,4	4,2	0,5	1,83
5	Камешковский	21,8	55,5	17,6	4,0	0,8	0,3	1,73
6	Киржачский	0,0	3,0	31,3	43,4	20,7	1,6	2,70
7	Ковровский	22,6	60,0	13,7	2,6	0,6	0,5	1,68
8	Кольчугинский	0,0	0,6	12,7	36,6	46,7	3,4	3,07
9	Петушинский	1,9	27,7	39,2	26,7	4,3	0,2	2,65
10	Собинский	0,1	9,2	35,5	34,7	19,6	0,9	2,62
11	Судогодский	14,0	49,2	19,7	12,0	4,6	0,4	1,89
12	Суздальский	0,0	1,3	8,0	18,5	53,6	8,6	3,28
13	Юрьев-Польский	0,9	8,2	25,1	40,3	23,3	2,2	2,69
на 01.01.2019г.		8,6	28,2	22,1	19,5	19,3	2,3	2,36

 

Почвы большинства районов области, относящиеся к бассейну Клязьмы, характеризуются преимущественно средним содержанием гумуса. Наиболее высокое содержание органического вещества отмечено в Кольчугинском и Суздальском районах, где площадь почв с высоким содержанием гумуса (> 3%) составляет более 40% общей площади почв.

В целом же, наибольший средний показатель гумуса отмечен в Суздальском районе, для которого характерны большие площади светло-серых и серых лесных почв. Камешковский, Ковровский и Гороховецкий районы характеризуются наибольшими площадями, занятыми почвами с очень низкими показателями гумуса (<1,40%)

Расчёт показателя почвенного плодородия проводился в соответствии с установленной методикой [10] по следующей формуле:

     (1)

Формула расчёта показателя почвенного плодородия

где: Кi – показатель почвенного плодородия; Kпп.1; Kпп.2 … Кпп.n – показатель почвенного плодородия для каждого типа почв; S1, S2 … Sn – площадь, занятая каждым типом почв, га; Sj – общая площадь почв, га.

       (2)

Формула расчёта показателя почвенного плодородия для каждого типа почв

Где K_пп. – показатель почвенного плодородия для каждого типа почв; (гумус), (P₂O₅), (K₂O), (pH(KCl)) – агрохимические показатели; ф. – фактические показатели агрохимических показателей; опт. – оптимальные значения агрохимических показателей.

В соответствии с установленной методикой, показатель почвенного плодородия рассчитывается как среднее от суммы соотношений фактических значений четырёх агрохимических показателей к их оптимальным значениям по всем типам почв посевных площадей сельскохозяйственных культур в субъекте Российской Федерации.

Ввиду того, что оптимальные показатели плодородия различны для разных типов почв, с помощью инструментов статистической обработки данных геоинформационной системы ArcGIS была определена площадь, занимаемая каждым типом почв в каждом районе. Показатель почвенного плодородия рассчитывался отдельно по каждому району, и по области в целом.

Распределение площади различных типов почв по районам исследуемой территории представлено в таблице 4.

 

Таблица 4 – Распределение типов почв по занимаемой площади в районах Владимирской области

Статистические данные говорят о том, что наибольшие площади в структуре всех районов занимают различные подтипы дерново-подзолистых почв. Значительные площади торфяных почв наблюдаются в Вязниковском, Гороховецком, Гусь-Хрустальном и Собинском районах, и приурочены к большому количеству болотных угодий на этих территориях. Аллювиальные дерновые почвы наблюдаются во всех районах области и располагаются в поймах достаточно крупных рек. Наибольшие площади таких почв наблюдаются в районах, по которым непосредственно протекает Клязьма – главная река бассейна.

Результаты расчёта показателя почвенного плодородия для районов Владимирской области, представлены на рис. 3.

Рис. 3 – Показатель почвенного плодородия в районах Владимирской области в пределах бассейна Клязьмы

 

Поскольку исследуемая в работе территория ограничена рамками речного бассейна, в расчёте не учитывались те районы и части районов, не входящие в бассейн реки Клязьмы – Меленковский, Селивановский, Муромский районы, большая часть Гусь-Хрустального района, крайние восточные и западные территории Судогодского, юг Ковровского, Вязниковского и Гороховецкого районов (принадлежат бассейну реки Оки), и северо-западная часть Александровского района, относящаяся к бассейну Волги.

Рассчитанный нами показатель почвенного плодородия позволил установить территории области, наиболее пригодные для продуктивного ведения сельского хозяйства, а также территории, в силу ряда факторов (малая площадь сельскохозяйственных угодий, песчаные почвы, болотные торфяные почвы и пр.), являющиеся неплодородными.

Так, исходя из результатов расчётов, выявлено, что наибольшие показатели плодородия наблюдаются на серых лесных почвах, крупнейшие ареалы которых распространены в Александровском, Суздальском, Юрьев-Польском и Кольчугинском районах (см. таблица 3). Однако, касаемо Александровского района, более низкий показатель плодородия здесь объясняется большими площадями дерново-слабо- и среднеподзолистых почв. Гусь-Хрустальный, Судогодский и Камешковский районы характеризуются относительно низким показателем плодородия, что обусловлено малыми площадями сельскохозяйственных угодий и большой долей почв, по механическому составу относящихся к песчаным.

В результате расчётов определён показатель почвенного плодородия для Владимирской области в пределах бассейна Клязьмы – он составил 0,74, что является достаточно высоким показателем (для Ставропольского края этот показатель равняется 0,92; для Тюменской области – 0,31, для Республики Северная Осетия – Алания – 0,58) [11].

Выводы

Таким образом, наибольшие площади в большинстве районов занимают почвы, близкие к нейтральным с показателем обменной кислотности 5,6-6,0. В Александровском, Гороховецком, Киржачском, Кольчугинском, Петушинском и Судогодском районах господствуют слабокислые почвы с pH 5,1-5,5.

Сильнокислые и очень сильнокислые почвы имеют достаточно большую площадь лишь в Гусь-Хрустальном районе, в остальных районах площади таких почв крайне малы, и только в Петушинском районе превышают 10%.

Таким образом, согласно статистическим данным, во всех районах области сохраняется тенденция к увеличению рН. Наибольшие площади на исследуемой территории в настоящее время занимают слабокислые и близкие к нейтральным почвы. Данные, полученные экспериментально, подтверждают сведения о распространении почв с различным уровнем кислотности в пределах исследуемой территории.

Результаты расчёта показателя почвенного плодородия в пределах бассейна реки Клязьма позволяют сравнить территории, дифференцированные не только по административной принадлежности, но и в соответствии с экологическим районированием, основанном на бассейновом подходе. Применение данного подхода в нашем исследовании, в дальнейшем даст возможность более полно осуществлять комплексную оценку земель в границах Владимирской, Московской, Ярославской, Нижегородской и Ивановской областей, на территориях, относящихся к речному бассейну Клязьмы.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список использованных источников / References

1. О состоянии окружающей среды и здоровья населения Владимирской области в 2017 году: ежегодный доклад. Вып. 25 / Администрация Владим. обл., Департамент природопользования и охраны окружающей среды. – Владимир: Транзит-ИКС, 2018. – 118 с.
2. Комаров В.И. Агрохимическая и агроэкологическая характеристика почв сельскохозяйственного назначения Владимирской области / Комаров В.И., Баринова К.Е.. – Владимир, 2008. – 179 с.
3. Трифонова Т.А. Бассейновый подход в экологических исследованиях / Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Селиванова Н.В., Чеснокова С.М., Репкин Р.В.. – Владимир: ООО «ВладимирПолиграф». 2009 – 80 с.
4. Мотузова Г.В. Химическое загрязнение биосферы и его экологические последствия / Мотузова Г.В., Карпова Е.А.,. М: МГУ. – 2013. – 304 с.
5. Ковда В.А. Почвоведение. Часть 1. Почва и почвообразование / Ковда В.А., Розанов Б.Г.. М.: Высшая школа. – 1988. 400 с.
6. Аканова Н.И. Изменения агрохимических свойств дерново-подзолистых почв при систематическом применении минеральных удобрений в сочетании с известкованием / Аканова Н.И. // Вопросы известкования почв / Под ред. И.А. Шильникова, Н.И. Акановой. – М.: Агроконсалт, 2002. – С.11-18.
7. Мищенко Н.В. Оценка состояния земельных угодий / Мищенко Н.В., Баринова К.Е. // Агрохимический вестник. – 2011. – №3. – С.19-21
8. Экологический атлас бассейна реки Клязьма: Человек в окружающей среде / под ред. Т. А. Трифоновой; Владим. Гос. Ун-т им. А. Г. И Н. Г. Столетовых. – Владимир: Изд-во ВлГУ, 2018. – 312с.
9. Курочкин И.Н. Оценка состояния почв по агрохимическим показателям плодородия / Курочкин И.Н., Чугай Н.В., Кулагина Е.Ю. // Тенденции развития науки и образования. – 2020. - №60-8. – с. 48-50.
10. Приказ Министерства сельского хозяйства РФ №325 от 6.07.17 «Об утверждении Методики расчёта показателя почвенного плодородия в субъекте Российской Федерации»
11. Гумбаров А.Д. Оценка исходного агрохимического индекса плодородия пашни по средневзвешенным интегральным показателям / Гумбаров А.Д., Долобешкин Е.В. // Новые технологии. – 2019. - №2 (48). – с. 204-216.

Список литературы на английском языке / References in English

1. O sostoyanii okrujayuschey sredy i zdorovya naseleniya Vladimirsoy oblasti v 2017 godu: ejegodny doklad. [On the state of the environment and health of the population of the Vladimir region in 2017: annual report. Vol. 25] / Administration of the Vladimir region, Department of nature management and environmental protection. – Vladimir: Transit-X, 2018. - 118 p. [in Russian]
2. Komarov V.I. Agrokhimicheskaya I agroekologicheskaya kharakteristika pochv selskokhozyaystvennogo naznacheniya Vladimirskoy oblasti [Agrochemical and agroecological characteristics of agricultural soils of the Vladimir region] / Komarov V.I., Barinova K.E.. – Vladimir, 2008. – 179 p. [in Russian]
3. Trifonova T.A. Basseynovy podkhod v ekhologicheskikh issledovaniyakh [Basin approach in environmental research] / Trifonova T.A., Mischenko N.V., Selivanova N.V., Chesnokova S.M., Repkin R.V. – Vladimir: OOO “VladimirPolygraph”, 2009. – 80 p.
4. Motuzova G.V. Khimicheskoye zagryazneniye biosfery I ego ekhologicheskiye posledstviya [Chemical pollution of the biosphere and its environmental consequences] / Motuzova G.V., Karpova E.A.. – Moscow: Moscow State University. – 2013. – 304 p. [in Russian]
5. Kovda V.A. Pochvovedeniye [Soil Science. Part 1. Soil and soil formation] / Kovda V.A., Rozanov B.G., – Moscow: Higher school. – 1988. – 400 p. [in Russian]
6. Akanova N.I. Izmeneniya agrokhimicheskikh svoystv dernovo-podzolistykh pochv pri sistematicheskom primenenii mineral’nykh udobreniy v sochetanii s izvestkovaniyem [Changes in agrochemical properties of sod-podzolic soils with the systematic use of mineral fertilizers in combination with liming] / Akanova N.I. / Voprosy izvestkovaniya pochv [Issues of soil liming] / Moscow: Agrokonsalt. – 2002. – pp. 11-18. [in Russian]
7. Mischenko N.V. Otsenka sostoyaniya zemel’nykh ugodiy [Assessment of the state of land] // Agrokhimicheskiy vestnik [Agrochemical Bulletin] / Mischenko N.V., Barinova K.E.. – 2011. – Vol. 3. – pp. 19-21. [in Russian]
8. Ekhologicheskiy atlas basseyna reki Klyazma: Chelovek v okrujayuschey srede [Ecological Atlas of the Klyazma river basin: Man in the environment: edited by T.A. Trifonova]. – Vladimir: Vladimir State University, 2018. – 312p. [in Russian]
9. Kurochkin I.N. Otsenka sostoyaniya pochv po agrokhimicheskim pokazatelyam plodorodiya [Assessment of soil condition by agrochemical indicators of fertility] / Kurochkin I.N., Chugay N.V., Kulagina E.Yu. // Tendencii razvitiya nauki i obrazovaniya [Trends in the development of science and education]. – 2020. – Vol. 60-8. – pp. 48-50. [in Russian]
10. Order of the Ministry of agriculture of the Russian Federation No. 325 of 6.07.17 "on approval of the Methodology for calculating the soil fertility index in the subject of the Russian Federation" [in Russian]
11. Gumbarov A.D. Otsenka iskhodnogo agrokhimicheskogo indeksa plodorodiya pashni po srednevzveshennym integral’nyl pokazatelyam [The evaluation of the initial chemical index of soil fertility of arable lands by weighted average integral parameters] / Gumbarov A.D., Dolobeshkin E.V. // Novye tekhnologii [New technologies]. – 2019. – Vol. 2 (48). – pp. 204-216. [in Russian]