MONITORING OF THE MAIN PROPERTIES OF ORDINARY CHERNOZEM OF ROSTOV OBLAST

МОНИТОРИНГ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЁМОВ ОБЫКНОВЕННЫХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Научная статья

Полуэктов Е.В.¹, Петрова И.А.^2, *

² ORCID: 0000-0003-0199-4492;

^{1, 2} Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова Донской государственный аграрный университет, Новочеркасск, Россия

* Корреспондирующий автор (petroffa_i[at]mail.ru)

Аннотация

Важное место в мониторинговых исследованиях отводится почвенному покрову, как основному средству производства в растениеводстве. Исследования по мониторингу свойств черноземов обыкновенных Ростовской области, ареал распространения которых Приазовская наклонная равнина, проводились на стационарных участках в период с 1973 по 2018 гг. Это позволило объективно оценить динамику свойств почв различной степени эродированности в зависимости от интенсивности проявления эрозии и дефляции, а также хозяйственной деятельности человека. С этой целью от плато водораздела до подножия склона был заложен экологический профиль из почвенных разрезов. Проанализировав гумусовый профиль, химические, физико-химические, физические свойства почв водораздела и склонов пришли к выводу, что их изменения обуславливаются интенсификацией хозяйственной деятельности человека, недостаточным количеством вносимых удобрений, что является первопричиной дегумификации. Это повлекло за собой ряд других негативных изменений: снижении запасов элементов питания, суммы поглощённых оснований и др. На склоновых землях процесс дегумификации усугубляется проявлением эрозии и связанных с этим потерей верхнего наиболее плодородного слоя почвы, а соответственно, противоэрозионной устойчивости.

Ключевые слова: почва, чернозем обыкновенный, гумусовый профиль, химические, физико-химические, физические свойства почв, дегумификация, эрозия.

MONITORING OF THE MAIN PROPERTIES OF ORDINARY CHERNOZEM OF ROSTOV OBLAST

Research article

Poluektov E.V.¹, Petrova I.A.^2, *

² ORCID: 0000-0003-0199-4492;

^{1, 2} A.K. Kortunov Novocherkassk Engineering and Reclamation Institute of the Don State Agricultural University, Novocherkassk, Russia

* Corresponding author (petroffa_i[at]mail.ru)

Abstract

As the main means of crop production, the soil cover is an important element in monitoring studies. In the period from 1973 to 2018, studies on monitoring the properties of ordinary chernozem soils of Rostov Oblast, the distribution area of which is the Azov inclined plain, were carried out on stationary sites. This made it possible to objectively assess the dynamics of soil properties of various degrees of erosion depending on the intensity of erosion and deflation as well as human economic activity. For this purpose, an ecological profile of soil sections was laid from the watershed plateau to the foot of the slope. After analyzing the humus profile, chemical, physicochemical, physical properties of the watershed soils and slopes, the authors have come to the conclusion that their changes are caused by the intensification of human economic activity and an insufficient amount of fertilizer applied, which is the root cause of dehumification. This led to a number of other negative changes: a decrease in the supply of batteries, the number of absorbed bases, etc. On sloping lands, the process of dehumification is aggravated by the manifestation of erosion and the associated loss of the uppermost fertile soil layer and anti-erosion stability.

Keywords: soil, ordinary chernozem, humus profile, chemical, physicochemical, physical properties of soils, dehumification, erosion.

Введение

Важное место в мониторинговых исследованиях отводится почвенному покрову, как основному средству производства в растениеводстве. Наши исследования проводились на чернозёмах обыкновенных Ростовской области. Ареал их распространения Приазовская наклонная равнина, которая характеризуется как зона сильной, местами умеренной эрозии и дефляции. Средний уклон местности 2,8°. Глубина местного базиса эрозии 80-100 м.

Условия и методы исследования

Исследования по мониторингу свойств обыкновенных черноземов проводились на стационарных участках в ОПХ «Рассвет» ДЗНИИСК (ныне ФРАНЦ) в период с 1973 по 2018 гг. Это позволило объективно оценить динамику свойств почв различной степени эродированности в зависимости от интенсивности проявления эрозии и дефляции, а также хозяйственной деятельности человека. С этой целью от плато водораздела до подножия склона был заложен экологический профиль из почвенных разрезов. На плато водораздела почва представлена черноземом обыкновенным мощным карбонатным. Вниз по склону восточной экспозиции по мере удаления от водораздела и нарастания крутизны, последовательно сменяют друг друга слабоэродированные, среднеэродированные и сильноэродированные разновидности. Почвообразующие породы представлены лессовидными суглинками.

Результаты и их обсуждение

Согласно полученным результатам в процессе полевого обследования слабоэродированного обыкновенного чернозёма смыто до половины горизонта А (19 см). Гумусовый профиль слагается из следующих горизонтов: А_пах + В₁ + В₂ + ВС. Среднеэродированная разновидность изучаемого подтипа утратила больше половины горизонта А – 30 см, гумусовый профиль состоит из горизонтов: АВ_пах + В₂ + ВС. У сильноэродированной разновидности гумусовый профиль состоит из 2-х горизонтов: АВ_пах + ВС, по сравнению с эталоном у него утрачено 58 см гумусового слоя.

Гумусовый профиль эталона характеризовался равномерным падением гумуса с глубиной (см. таблицу 1).

 

Таблица 1 – Основные химические и физико-химические свойства эродированных обыкновенных чернозёмов (1973-1975 гг.)

Горизонт, глубина		Гумус, %	Общий азот, %	C:N	Поглощённые Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы			СаСО3, %	рН
					Са2+	Mg2+	Ca2++Mg2+
Чернозём обыкновенный мощный
Апах	0-27	4,83	0,24	11,6	34,95	7,48	42,43	1,02	7,4
Ап/пах	27-42	4,03	0,21	11,2	34,44	7,88	42,32	2,31	7,5
В1	42-63	3,21	0,18	10,6	30,41	5,91	36,37	3,09	7,8
В2	63-86	2,10	0,14	9,0	26,82	7,87	34,69	6,52	8,0
ВС	86-114	1,21	0,09	8,1	22,96	8,33	31,29	8,36	8,2
С	114-180	0,56	0,04	8,1	–	–	–	12,91	8,4
Чернозём обыкновенный среднемощный слабоэродированный
Апах	0-29	4,16	0,22	11,3	33,21	5,37	38,58	1,24	7,5
В1	29-47	3,06	0,16	11,2	30,34	5,61	35,95	2,17	7,9
В2	47-67	2,11	0,13	9,6	24,81	7.63	32,44	6,80	8,1
ВС	67-86	1,27	0,09	8,2	22,73	8,81	29,54	11,21	8,3
С1	86-110	0,41	0,03	8,2	–	–	–	12,10	8,5
С2	110-150	0,32	0,02	8,4	–	–	–	11,83	8,4
Чернозём обыкновенный среднемощный среднеэродированный
АВпах	0-28	3,24	0,21	9,1	31,15	5,60	36,75	2,96	7,6
В1	28-34	2,76	0,17	9,8	27,41	6,37	33,78	3,70	8,1
В2	34-53	2,12	0,13	9,7	23,24	7.25	30,49	5,91	8,3
ВС	53-82	1,31	0,09	8,7	21,31	7,63	28,94	10,75	8,4
С	82-130	0,44	0,04	6,2	–	–	–	11,90	8,6
Чернозём обыкновенный сильноэродированный
АВпах	0-28	2,14	0,12	10,6	23,27	6,85	30,12	3,57	8,1
ВС	28-45	1,19	0,08	8,6	20,86	8,81	29,47	8,60	8,4
С1	45-60	0,31	0,03	6,3	–	–	–	13,39	8,5
С2	60-100	0,29	0,03	6,2	–	–	–	12,66	8,5

 

В довольно строгом параллелизме с количеством гумуса уменьшается содержание общего азота. Азот составляет 5 % от общего содержания гумуса в пахотном горизонте и увеличивается с глубиной до 7 %. Сумма поглощённых оснований в пахотном горизонте превышает 40 мг-экв на 100 г почвы. Обменный кальций преобладает над обменным магнием. На долю первого приходится свыше 80 % от суммы Са²⁺ + Mg²⁺ в верхнем полуметровом слое.

Вниз по профилю происходит не только уменьшение суммы поглощённых оснований, но и сужается отношение между кальцием и магнием. Доля участия последнего увеличивается до 25 % от суммы Са²⁺ + Mg²⁺.

Общее содержание карбонатов кальция и магния составляет в пахотном слое 1,23 %, с глубиной их количество резко возрастает, достигая максимума в горизонте массового скопления белоглазки на глубине 130-150 см. Среди карбонатов преобладает СаСО₃, количество которого резко увеличивается с глубиной. Содержание MgCO₃ колеблется от 0,21 до 1,85 %. Его количество также увеличивается с глубиной.

Увеличение количества MgCO₃ вниз по почвенному профилю связано с двумя причинами: во-первых, значительно лучшей его растворимостью в водных растворах по сравнению с карбонатами кальция и, во-вторых, ещё большей разницей в характере растворимости карбонатов в солевых растворах: в частности, согласно исследованию, если растворимость MgCО₃ в воде выше растворимости СаСОз в 20-25 раз, то в растворах – в 30-35 раз [1]. В связи с тем, что в нижних горизонтах исследуемых чернозёмов увеличивается количество легкорастворимых солей (сухой остаток составляет 0,3-0,35%), а карбонаты магния являются более подвижными (в сравнении с СаСО₃) и относительно легко мигрируют по почвенному профилю, накапливаясь, главным образом, в переходных горизонтах В₂ и ВС. Более высокое содержание карбонатов магния в нижних горизонтах способствует некоторому повышению реакции почвенной среды.

С нарастанием степени эродированности происходит уменьшение содержания гумуса, общего азота, поглощённых оснований. Гумус эродированных почв обогащен азотом, об этом говорит более узкое соотношение C:N. Общий азот в пахотном слое среднеэродированной разновидности составляет почти 6 % от содержания гумуса.

По мере нарастания смытости и потери верхней части почвенного профиля происходит уменьшение суммы поглощённых оснований. Вместе с тем, в средне- и сильноэродированных почвах всё большую роль начинает играть поглощённый Mg²⁺, при этом сужается отношение Са:Mg. Соотношение воднорастворимых кальция и магния в средне- и сильноэродированных почвах также увеличивается в пользу последнего.

В целом же сумма поглощённых оснований является величиной стабильной и может служить хорошим диагностическим признаком при разграничении почв различной степени эродированности.

Количество карбонатов резко возрастает в верхних горизонтах средне- и сильноэродированных разновидностей, что является характерной особенностью эродированных почв чернозёмного типа. Карбонатный максимум у эродированных почв приближается к поверхности. Если у неэродированных чернозёмов он находится на глубине 120-130 см, то у средне- и сильноэродированных соответственно на глубине 55-65 см и 40-50 см.

Среди карбонатов преобладают СаСО₃, количество которого заметно выше в пахотном горизонте эродированных почв, по сравнению с почвами неэродированными. Максимум карбонатов кальция приходится на нижние горизонты. Содержание MgCO₃ в эродированных почвах не превышает 1,80 %. Наибольшее его содержание, также, как и в почвах неэродированных, приходится на горизонты В₂ и ВС, с той лишь разницей, что в эродированных почвах он ближе к дневной поверхности.

В эродированных почвах возрастает реакция среды по сравнению с эталоном. Щелочная реакция пахотного горизонта присуща сильноэродированным разновидностям.

По прошествии 40-45 лет на том же экологическом профиле было проведено повторное почвенное обследование с анализом основных свойств почвы (см таблицу 2).

Как видим из представленных данных, в современном состоянии чернозёмов произошли определённые перемены. Прежде всего, это касается содержания гумуса. Его количество в пахотном горизонте неэродированных почв уменьшилось с 4,83 до 4,21 %, т.е. 0,62 % в абсолютном выражении. В соответствии с этим количество общего азота снизилось на 9 %.

 

Таблица 2 – Основные химические и физико-химические свойства эродированных обыкновенных чернозёмов (2016-2019 гг.)

Горизонт, глубина, см		Гумус, %	Общий азот, %	Поглощённые Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы			СаСО3, %	рН
				Ca2+	Mg2+	Ca2++Mg2+
Чернозём обыкновенный мощный
Апах	0-29	4,21	0,22	32,91	6,66	39,57	0,77	7,8
Ап/пах	29-37	4,03	0,20	33,11	5,66	38,77	0,87	7,7
В1	37-59	3,52	0,17	33,37	4,21	37,58	2,50	7,9
В2	59-81	1,87	0,09	27,11	5,52	32,63	8,71	8,2
ВС	81-102	1,53	0,07	–	–	–	12,07	8,3
С	140-150	0,40	–	–	–	–	14,53	8,4
Чернозём обыкновенный среднемощный слабоэродированный
Апах	0-27	3,12	0,16	22,20	6,11	28,31	1,37	7,7
В1	27-42	2,41	0,12	19,15	5,31	24,46	2,95	7,9
В2	42-63	2,07	0,10	17,72	5,13	22,85	7,92	8,1
ВС	63-89	1,47	0,07	15,64	4,70	20,34	10,37	8,2
С	100-120	0,32	0,01	–	–	–	13,14	8,3
Чернозём обыкновенный среднемощный среднеэродированный
АВпах	0-27	2,70	0,12	17,60	5,91	24,51	4,23	7,9
В2	27-43	2,31	0,11	15,53	4,82	20,35	6,85	8,1
ВС	43-68	1,22	0,06	4,72	4,70	18,42	9,49	8,2
С	90-100	0,29	0,01	–	–	–	12,83	8,3
Чернозём обыкновенный сильноэродированный
АВпах	0-27	2,09	0,10	14,74	6,33	21,07	5,73	8,1
ВС	27-43	1,37	0,07	11,72	5,45	18,17	9,81	8,3
С	90-100	0,30	0,01	–	–	–	12,13	8,4

 

Аналогичные данные по содержанию гумуса на чернозёмах обыкновенных приводят в своих публикациях сотрудники научно-исследовательских, учебных и проектных учреждений Ростовской области [2], [3], [4].

Согласно данным Южгипрозема на территории Приазовской зоны содержание гумуса в 1960 году в среднем составляло 4,74 %, в 1987 г. – 4,24 % и в 2006 г. – 3,77 %. Таким образом, за 46 лет интенсивного использования почв в пашне содержание гумуса снизилось на 0,97 % в абсолютном выражении или на 21,5 % в целом (см. таблицу 3).

 

Таблица 3 – Динамика содержания гумуса в пахотном слое пашни зоны обыкновенных чернозёмов по административным районам Приазовской зоны Ростовской области (данные Южгипрозема)

Наименование районов	Годы
	1960	1987	2006
Аксайский	4,8	4,3	3,7
Октябрьский	5,0	4,4	3,6
Мясниковский	4,7	4,0	3,7
Неклиновский	4,0	3,8	3,7
Матвеево-Курганский	4,8 4,8	4,0	3,8
Куйбышевский	4,8	4,4	3,9
Родионо-Несветаевский	5,1	4,8	4,0
Среднее	4,74	4,24	3,77

 

Аналогичные данные получены Ростовским агрохимцентром. За период 2006-2012 гг. содержание гумуса в пахотном слое обыкновенных чернозёмов Приазовской зоны составляет 3,8 %. Это на 20 % меньше, чем 40 лет назад [3].

По данным опубликованных Л.Ю. Гончаровой и др., в чернозёмах обыкновенных мощных карбонатных (местное название «предкавказские») очень близких по генезису к «североприазовским», расположенных на левобережье р. Дон, за период с 1964 по 2006 гг. содержание гумуса снизилось с 4,90 до 3,82 % [5]. Это соответствует ежегодной потере гумуса в количестве 0,8 т/га. По их мнению, это связано с преобладанием минерализации органического вещества над новообразованием, а также низким уровнем внесения удобрений в 90-е годы прошлого века.

Такая же динамика изменения содержания гумуса имеет место в обыкновенных чернозёмах Азово-Кубанской низменности за период с 1985 по 2015 гг. Наиболее резкое снижение отмечено в 1990-2000 гг., когда содержание гумуса уменьшилось с 3,9 % до 3,7 % в районах, граничащих с Ростовской областью [6].

Уменьшение содержания гумуса в почве, прежде всего, связано с процессами дегумификации. В первую очередь это касается наиболее интенсивно используемых в сельском хозяйстве сельскохозяйственных угодий, таких как пашня. Это можно объяснить гораздо меньшим (в два и более раза) количеством поступающих в почву растительных органических остатков, изменением его химического состава. В связи с чем, по мнению В.В. Пономарёвой и Т.А. Плотниковой, произошло нарушение баланса между разрушением части гумуса и его новообразованием [7].

Не стоит при этом забывать, что с урожаем сельскохозяйственных культур, практически навсегда, отчуждается огромное количество питательных веществ. В почве вследствие интенсивной обработки усиливается микробиологическая активность, а это, в свою очередь, приводит к повышенной минерализации органического вещества. Согласно исследованиям И.М. Шапошниковой, ежегодно на полях занятых чистым паром на чернозёмах обыкновенных теряется до 2 т/га гумуса [8].

На склоновых землях процесс минерализации гумуса усиливается за счёт смыва верхней, наиболее гумусированной части профиля временными водными потоками во время выпадения ливневых дождей, стока талых вод, а также выдувания почвы во время пыльных бурь и поземок.

Согласно нашим данным, содержание гумуса у слабоэродированного чернозёма за 40 лет в пахотном слое уменьшилось на 25 %, среднеэродированного на 17 % и сильноэродированного на 2,4 %, т.е. с увеличением степени эродированности процент потерь органического вещества почвы снижается. Возможно, это связано с применением системы почвозащитных мероприятий, повышенными дозами органических и минеральных удобрений на опытных участках.

Произошли и другие заметные изменения свойств почвы. Особенно это касается суммы поглощённых оснований, количество которых у неэродированных почв уменьшилась с 42,43 мг-экв/100 г почвы в слое 0-42 см до 39,14 (слой 0-37 см). Ещё больше эти различия в эродированных почвах. В пахотном слое слабоэродированных почв количество поглощённых оснований через 40-45 лет снизилось на 26,6, среднеэродированных – на 33,3 и сильноэродированных – на 30 % при приблизительно том же процентном соотношении поглощённых кальция и магния.

Обращает на себя внимание незначительное снижение на 0,3-1,1 % карбонатности в неэродированных и слабоэродированных разновидностях. Это может быть связано с изменениями климатических показателей региона: мягкие по температурному показателю зимы, неглубокое промерзание почвы, промачивание почвенной толщи на большую глубину. Всё это сопровождается процессом выщелачивания или, по мнению О.С. Безугловой и др., миграционно-сегрегационными процессами [3].

На средне- и сильноэродированных почвах в связи с большей потерей гумусового горизонта количество карбонатов заметно (на 40-60 %) увеличилось, что отразилось на реакции почвенной среды, которая из слабощелочной перешла в категорию щелочных.

Заключение

В целом изменения во времени химических, физико-химических, физических свойств почв водораздела и склонов обуславливаются интенсификацией хозяйственной деятельностью человека, недостаточным количеством вносимых удобрений, которые, по мнению большинства исследователей, являются первопричиной дегумификации. Это повлекло за собой ряд других негативных изменений: снижение запасов элементов питания, суммы поглощённых оснований и др. На склоновых землях процесс дегумификации усугубляется проявлением эрозии и связанных с этим потерей верхнего наиболее плодородного слоя почвы, а соответственно, противоэрозионной устойчивости. Последнее отразилось на наборе приёмов и мероприятий, составляющих почвозащитный комплекс и обеспечивающего не только контроль над эрозионными процессами, но и сохранение и воспроизводство плодородия почв.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Левченко В.М. О растворимости карбонатов магния / В.М. Левченко, Б.М. Минкин // Почвоведение, 1970. №8 − С.49-54
2. Безуглова О.С. Гумусное состояние почв юга России: монография / О.С. Безуглова; Ростов н/Д: Изд-во СКНЦВШ, 2001. – 228 с.
3. Безуглова О.С. Современное состояние чернозёмов Ростовской области / О.С. Безуглова, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников и др. // Современное состояние чернозёмов: Материалы междунар. научн. конф. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013. – С. 6-10.
4. Казеев К.Ш. Биология почв юга России / К.Ш. Казеев, С.И. Колесников, В.Ф. Вальков – Ростов н/Д: Изд-во ЦВВР, 2004. – 350 с.
5. Некоторые показатели гумусного состояния чернозёма обыкновенного в ООПТ Нижнего Дона / Л.Ю. Гончарова, Е.Н. Симокович, А.Г. Селезнев // Современное состояние чернозёмов: Материалы междунар. научн. конф. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013. – С. 78-79.
6. Шеуджин З.Р. Актуализация агроэкологической оценки почв Азово-Кубанской низменности с применением ГИС технологий / З.Р. Шеуджин. – Автореф. канд. дисс. – Краснодар, 2019. – 24 с.
7. Пономарева В.В. Гумус и почвообразование: (Методы и результаты изуч.) / В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. – Л.: Наука: Ленингр. отд-ние, 1980. - 221 с.
8. Шапошникова И.М. Плодородие чернозёмов юга России / И.М. Шапошникова. – Ростов н/Д, 2004. – 231 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Levchenko V. M. O rastvorimosti karbonatov magnija [On the solubility of magnesium carbonates] / V. M. Levchenko, B. M. Minkin // Moscow: Pochvovedenie [Soil Science], 1970. No. 8-p. 49-54 [in Russian]
2. Bezuglova O. S. Gumusnoe sostojanie pochv juga Rossii: monografija [Humus state of soils in the south of Russia: a monograph] / O. S. Bezuglova; Rostov-on-Don: Publishing House of the North-Caucasian Scientific Center of Higher School, 2001 – 228 p. [in Russian]
3. Sovremennoe sostojanie chernozjomov Rostovskojj oblasti [The current state of chernozems of Rostov Oblast] / O. S. Bezuglova, K. Sh. Kazeev, S. I. Kolesnikov et al. // Sovremennoe sostojanie chernozjomov: Materialy mezhdunar. nauchn. konf. [The current state of chernozems: Proceedings of the international scientific conference]-Rostov-on-Don: Publishing House of the Southern Federal University, 2013. - pp. 6-10 [in Russian]
4. Biologija pochv juga Rossii [Biology of soils in the south of Russia] / K. Sh. Kazeev, S. I. Kolesnikov, V. F. Valkov-Rostov-on-Don: Publishing House TsVVR, 2004. - 350 p. [in Russian]
5. Nekotorye pokazateli gumusnogo sostojanija chernozjoma obyknovennogo v OOPT Nizhnego Dona [Some indicators of the humus state of ordinary chernozem in the protected areas of the Lower Don] / L. Yu. Goncharova, E. N. Simokovich, A. G. Seleznev // Sovremennoe sostojanie chernozjomov: Materialy mezhdunar. nauchn. konf [Modern state of chernozems: Proceedings of the international scientific conference]-Rostov-on-Don: Publishing House of the Southern Federal University, 2013. - pp. 78-79 [in Russian]
6. Sheudzhin Z. R. Aktualizacija agroehkologicheskojj ocenki pochv Azovo-Kubanskojj nizmennosti s primeneniem GIS tekhnologijj [Actualization of agroecological assessment of soils of the Azov-Kuban lowland with the use of GIS technologies]: extended abstract of Candidate's thesis / Z. R. Sheudzhin. - Krasnodar, 2019 – 24 p. [in Russian]
7. Ponomareva V. V. Gumus i pochvoobrazovanie: (Metody i rezul'taty izuch.) [Humus and soil formation: (Methods and results of the study)] / V. V. Ponomareva, T. A. Plotnikov. - L.: Nauka: Leningr. otd-nie, 1980. - 221 p. [in Russian]
8. Shaposhnikova I. M. Plodorodie chernozjomov juga Rossii [Fertility of chernozems of the south of Russia] / I. M. Shaposhnikova. - Rostov n/A, 2004 – 231 p. [in Russian]