employee
Russian Federation
Russian Federation
The results of the analysis of materials of a large-scale soil and agrochemical survey, morphological structure and properties of representatives of forest-steppe soils of the northern part of the Aktay-Shentalinsky landscape lowland region of the Republic of Tatarstan are shown. The territory is a poorly divided polygenetic plain with absolute heights of 140-150 m. The bedrock deposits have sandy-loamy layers of the Neogene and Pleistocene, overlain by cloaks of Quaternary deluvial loams, up to 20-21 m thick. The soil cover is dominated by leached medium–sized chernozems, which is 52.6% of the area, typical low–power and medium-sized chernozems - 39.6%, podzolized medium-sized chernozems - 2.7%, gray forest – 4.8%. The humus content in the agrogenic horizon of typical chernozems is average – 4.2-5.2%, and in leached chernozems ranges from 4.6% in a slightly washed analogue to 5.4% in full-profile representatives, where the humus content gradually decreases to the soil-forming rock. The potential reserves of humus of the studied subtypes of chernozems according to typical sections are in the range from 230 t/ha to 462 t/ha. According to the materials of the agrochemical survey for 1972-2021, the dynamics of the content of mobile forms of phosphorus in the arable horizon ranged from 103 mg/kg to 158 mg/kg. The weighted average amount of mobile potassium gradually decreased from 140 mg/kg to 101 mg/kg of soil. The actual yield of spring wheat and the dynamics of the content of mobile forms of potassium over the years of observation have a reliable correlation between each other. The obtained regression equations can be used to predict the yield of spring wheat in a given area. According to the results obtained, for each hectare of arable land for 51 years, about 149.9 kg of phosphorus was received with organic and mineral fertilizers, and since it is sedentary and difficult to dissolve, this led to its accumulation in the soils of the territory. The potassium balance is negative and amounted to -775.9 kg.
morphological structure, granulometric composition, humus content, humus reserves, sum of absorbed bases, agrochernozems
Введение. Как показывает мировой опыт, сохранение и повышение плодородия почв возможно только при общем учете всех необходимых условий для роста и развития сельскохозяйственных культур и при проведении всех агротехнических, организационных, фитосанитарных, агрохимических, мелиоративных и противоэрозионных мероприятий. Только в таком случае все потребности растений в питательных элементах и условиях внешней среды будут удовлетворены, а также будет обеспечена безопасность сельскохозяйственных культур при негативных изменениях свойств почв, их деградации [1, 2, 3].
Современное земледелия должно учитывать рекомендации по адаптивному регулированию плодородия различных типов почв [4], научно обосновано применять минеральные и органические удобрения, мелиоранты, а также осуществлять регулярный мониторинг почвенного покрова [5, 6, 7]. Так, применение ресурсосберегающих технологий может негативно сказаться на плотности почвы, привести их к чрезмерному переуплотнению [8, 9].
Данные усилия дают возможность не только управлять продуктивностью агроценозов, но и повышают нагрузку на почвенный покров. По этой причине необходимо иметь точную и достоверную информацию о почвенных свойствах и морфологических измерениях объекта. В связи с этим существует необходимость проведения оценки состояния плодородия почв, а также разработки теоретических и практических подходов к оптимизации ее свойств и признаков [10, 11].
При сельскохозяйственном использовании направленность почвообразовательного процесса может принять необратимый характер, который ведет к утрате экологических функций почвы. Другие компоненты экосистемы находясь в динамическом равновесии с антропогенно преобразованной почвой меняются, что в свою очередь может привести к эволюционным процессам в данной агроэкосистеме. Представителем почвенного эталона, который отражает в полной степени сочетание факторов почвообразования и благоприятных свойств почв является чернозем [1].
Лесостепная зона в изучаемом ландшафте характеризуется в структуре почвенного покрова четырехкомпонентной пятнистостью черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных подтипов и серых лесных почв.
Свойства черноземных почв зависят от различных признаков в пределах каждого подтипа. К таким признакам относятся: мощность гумусовых горизонтов, содержание гумуса, гранулометрический состав почвы, уровень окультуривания почв, степень солонцеватости и карбонатности, степень эродированности, а также свойства почвообразующих пород [2].
Обеспеченность черноземных почв общими запасами элементов питания, а также благоприятный водный режим, создают благоприятные условия для высокого запаса гумуса в почве и мощность гумусовых горизонтов. В связи с чем в черноземах наблюдается взаимосвязь между мощностью гумусового слоя, запасами гумуса и урожаем сельскохозяйственных культур.
Цель исследований – оценить состояние плодородия пахотных почв и динамику изменения агрохимических показателей представителей лесостепных почв северной части Актай-Шенталинского ландшафтного низменного района Республики Татарстан.
Условия, материалы и метод. Территория относится к суббореальной северной семигумидной ландшафтной зоне, представляет собой слаборасчлененную полигенетическую равнину с абсолютными высотами 140-150 м. Коренные отложения имеют песчано-суглинистые слои неогена и плейстоцена, перекрытые плащами четвертичных делювиальных суглинков, мощностью до 20-21 м [12]. Благодаря широкому развитию черноземов, почвенная эрозия слабая, доминируют слабосмытые аналоги, гранулометрический состав, преимущественно глинистый и тяжелосуглинистый (86%) с небольшими вкраплениями средних и легких суглинков, преобладают черноземные почвы [13]. Погода характерна для умеренно-континентального климата.
В почвенном покрове преобладают черноземы выщелоченные среднемощные, которые составляют 52,6% от площади, черноземы типичные маломощные и среднемощные – 39,6%, черноземы оподзоленные среднемощные – 2,7%, серые лесные – 4,8 %.
Результаты и обсуждение. Типичные черноземы широко распространены на плоских водоразделах и прилегающих к ним склонах на породах плитняков известняка и продуктах разрушения известково-мергелистых пород пермской системы со слабовыраженным микрорельефом. Среди них чаще встречаются маломощные и среднемощные виды (табл.1).
Таблица 1 - Морфологическое строение и агрохимические свойства чернозема типичного
|
Таксоны почв |
Горизонт |
Мощность горизонта, см |
Гумус, % |
рНKCl |
Фосфор, мг/кг |
Калий, мг/кг |
|
Чернозем типичный малогумусный маломощный тяжелосуглинистый |
Ап |
0-20 |
4,7 |
5,2 |
103 |
135 |
|
АВ |
20-35 |
3,8 |
5,4 |
99 |
66 |
|
|
В1 |
35-70 |
1,5 |
5,9 |
111 |
66 |
|
|
Чернозем типичный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый |
Ап |
0-25 |
5,2 |
5,0 |
144 |
79 |
|
А1 |
25-40 |
4,6 |
5,3 |
141 |
59 |
|
|
АВ |
40-65 |
3,9 |
5,9 |
121 |
72 |
|
|
В1 |
65-80 |
2,0 |
6,0 |
152 |
72 |
|
|
В2 |
80-120 |
1,2 |
6,3 |
184 |
66 |
|
|
Чернозем типичный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый слабосмытый |
Ап |
0-25 |
5,0 |
5,4 |
100 |
62 |
|
А1 |
25-50 |
4,6 |
5,4 |
102 |
59 |
|
|
АВ |
50-60 |
2,0 |
5,5 |
132 |
72 |
|
|
В1 |
60-80 |
1,7 |
6,2 |
141 |
72 |
|
|
Чернозем типичный малогумусный среднемощный среднесуглинистый |
Ап |
0-30 |
4,2 |
5,2 |
163 |
72 |
|
А1 |
30-60 |
4,1 |
5,4 |
163 |
69 |
|
|
АВ-78 |
60-78 |
3,6 |
6,0 |
156 |
79 |
|
|
В178-120 |
78-120 |
1,5 |
6,1 |
170 |
76 |
Для данного чернозема характерно постепенное и закономерное увеличение рН солевой вытяжки от верхних горизонтов к нижним. Пахотные горизонты заметно подкисляются под воздействием агрогенеза, имея слабокислую реакцию среды. В переходных горизонтах достигая близко к нейтральной или нейтральной реакции среды. Содержание гумуса типичных черноземов среднее и составляет 4,2-5,2%, снижение на 0,2% в слабосмытых представителях, гумус постепенно убывает по профилю, что характерно для черноземов. Запасы гумуса в слое 0-100 см средние в интервале от 233,9 до 386 т/га. Степень обеспеченности почвы подвижным фосфором повышенная, в отдельных случаях высокая, так как находится в пределах 100-163 мг/кг Р2О5, степень обеспеченности обменным калием от средних до высоких значений и равна – 62-135 мг/кг. Содержание карбонатов в виде псевдомицелья увеличивается на глубине 70-120 см.
Выщелоченные черноземы имеют наибольшее распространение, большая часть их встречается по верхним частям пологих склонов, водораздельные неширокие увалы. По морфологическому строению, гумусовый горизонт имеет среднюю мощность от 55 до 78 см. Содержание гумуса в выщелоченных черноземах колеблется от 4,6% у слабосмытого аналога до 5,4%, запасы гумуса в 100 см у слабосмытого аналога – 267 т/га, у полнопрофильных представителей – 325-462 т/га. Содержание подвижного фосфора в почве существенно варьируется, т.к. составляет диапазон от 46 мг/кг до 282 мг/кг, содержание обменного калия среднее и повышенное – от 59 мг/кг до 125 мг/кг, рНKCl находится в слабокислом интервале, на отдельных участках наблюдается близкая к нейтральной реакция среды – 5,2-6,0 (табл. 2).
Таблица 2 - Морфологическое строение и агрохимические свойства чернозема выщелоченного
|
Таксоны почв |
Горизонт |
Мощность горизонта, см |
Гумус, % |
рНKCl |
Фосфор, мг/кг |
Калий, мг/кг |
|
Чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный среднесуглинистый |
Ап |
0-25 |
5,0 |
5,4 |
46 |
59 |
|
А1 |
25-55 |
5,0 |
5,3 |
50 |
56 |
|
|
АВ |
55-78 |
3,8 |
5,6 |
69 |
56 |
|
|
В1 |
78-90 |
1,5 |
5,3 |
104 |
62 |
|
|
Чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный среднесуглинистый слабосмытый |
Ап |
0-23 |
4,6 |
5,2 |
99 |
72 |
|
А1 |
23-46 |
4,2 |
5,3 |
103 |
69 |
|
|
АВ |
46-60 |
2,4 |
5,3 |
144 |
76 |
|
|
В1 |
60-85 |
1,0 |
5,4 |
113 |
83 |
|
|
Чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый |
Ап |
0-22 |
5,4 |
6,0 |
282 |
125 |
|
А1 |
22-45 |
4,4 |
6,0 |
179 |
76 |
|
|
АВ |
45-60 |
3,7 |
6,0 |
160 |
69 |
|
|
В1 |
60-78 |
2,9 |
6,2 |
173 |
83 |
|
|
Чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый слабосмытый |
Ап |
0-20 |
4,2 |
5,5 |
74 |
72 |
|
А1 |
20-42 |
4,0 |
5,5 |
73 |
76 |
|
|
АВ |
42-55 |
2,5 |
5,7 |
89 |
62 |
|
|
В1 |
55-70 |
1,5 |
6,1 |
100 |
72 |
Черноземы оподзоленные приурочены к плоскопониженным, вогнутым участкам плато или к низинным частям склонов. По морфологическому строению оподзоленные черноземы отличаются от черноземов выщелоченных лишь наличием белесой присыпки в нижней части гумусового горизонта. Содержание гумуса в этих черноземах, по сравнению с другими подтипами несколько меньше, оно колеблется от 4,2 % в пахотном горизонте и на глубине 40 см – 1,2%, запасы гумуса в метровом слое также снижены – 230 т/га. Значение рН солевой суспензии по всему профилю почвы слабокислое в пределах 5,4-5,0 (табл. 3).
Таблица 3 - Морфологическое строение и агрохимические свойства чернозема оподзоленного
|
Таксоны почв |
Горизонт |
Мощность горизонта, см |
Гумус, % |
рНKCl |
Фосфор, мг/кг |
Калий, мг/кг |
|
Чернозем оподзоленный малогумусный среднемощный среднесуглинистый |
Ап |
0-18 |
4,2 |
5,4 |
119 |
79 |
|
А1 |
18-40 |
2,7 |
5,3 |
142 |
92 |
|
|
АВ |
40-55 |
1,2 |
5,2 |
178 |
100 |
|
|
В1 |
55-70 |
1,0 |
5,0 |
176 |
112 |
По данным материалов агрохимического обследования за изучаемый период (1972-2021 гг.) проведено 9 туров обследования почв.
Изучена динамика содержания подвижных форм фосфора и калия, рН солевой вытяжки. Так за это время (51 год) динамика по содержанию подвижного фосфора имела волнообразный характер по турам исследования и в период с 1972 по 1999 год содержание подвижного фосфора было от 103 до 158 мг/кг. В дальнейшем наблюдается постепенное снижение содержания подвижного фосфора со 158 до 126 мг/кг, а по данным последнего тура агрохимического обследования динамика положительна (139 мг/кг.).
В ходе анализа вышеприведенный материал, который был представлен в виде временного ряда, обрабатывался методом математической статистики. При обобщении данных использовались такие статистические параметры, как средневзвешенное содержание, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации и ошибка средней арифметической. А также были рассчитаны показатели уравнений регрессии и коэффициенты парной корреляции.
Наличие калия в почвах и земной коре очень высокое, в литосфере его содержится около 2,60%, а в почвах – 1,36%. Но вследствие промывного водного режима показатели содержания калия в почвах очень изменчивы. Этому свидетельствуют данные агрохимических обследований. За наблюдаемый период средневзвешенное количество подвижного калия постепенно снижается (с 140 мг/кг до 101 мг/кг почвы).
Реакция почвенной суспензии считается значимым фактором для развития и роста растений. При промывном типе водного режима рН водной вытяжки почвы обычно имеет кислую реакцию. В общем, почвы территории обладают оптимальной для роста и развития растений рН средой (5,5-5,8).
По данным обследований за 51 год на 1 гектар пахотных угодий территории внесено 3863,4 кг д.в. NPK, 193,7 тонны органических удобрений. Так агрохимическое состояние почв поддерживается, за счет внесения органических и минеральных удобрений и периодического известкования.
Фактическая урожайность яровой пшеницы варьирует по годам, диапазон колебания составляет 0,89-4,93 т/га. Ведущим фактором варьирования являются почвенно-климатические условия, поэтому в динамике урожая яровой пшеницы имеются спады, резкие подъемы, что затрудняет оценку продуктивности сельскохозяйственных полей [14, 15]. Например, самая низкая урожайность яровой пшеницы наблюдалась в 1981, 1987, 1988 и 2010 года, так как эти года были засушливые. Параметры урожайности яровой пшеницы (фактической), содержания подвижных элементов - фосфора и калия, сопоставлены между собой и получены коэффициенты корреляции, указывающие на тесноту связи между ними. Средняя арифметическая фактической урожайности яровой пшеницы за 51 год составляет 3,5 т/га.
Коэффициенты корреляции (0,33) имеют умеренную корреляционную связь с фактической урожайностью яровой пшеницы, содержащей подвижные формы фосфора и калия. (статистически достоверные коэффициенты корреляции при объеме выборки 51 пар равно при уровне значимости 0,05 = 0,29).
С полученным коэффициентом корреляции также было получено уравнение регрессии (1).
Уф = –0,049 × К2О + 9,57 (т/га), (1)
При помощи данных уравнений можно проводить примерное прогнозирование урожайности по данным обеспеченности подвижным калием.
Выводы. Потенциальные запасы гумуса изучаемых подтипов черноземов по данным типичных разрезов находятся в диапазоне от 230 т/га до 462 т/га. Согласно полученным результатам, на каждый гектар пашни поступило около 149,9 кг фосфора и поскольку он малоподвижен труднорастворим, это привело к его накоплению в почвах территории. Баланс калия отрицательный и составляет –775,9 кг.
Для стабилизации и повышения содержания гумуса в черноземных почвах необходимо введение комплекса мероприятий по защите почв от эрозии. В результате смыва верхнего плодородного слоя, значительно уменьшается запасы органического вещества черноземов, ухудшается водный, питательный режимы и физико-химические свойства почвы.
1. Handbook of agrochemicals / I. D. Davlyatshin, M. Y. Gilyazov, A. A. Lukmanov et al. Kazan: LLC "MeDDok", 2013. 300 p.
2. Handbook of agrochemists of the Republic of Tatarstan / P. A. Chekmarev, A. A. Lukmanov, I. D. Davlyatshin et al.; ed. acad. RASKHN P.A. Chekmareva. Kazan, 2015. 324 p.
3. Change in the reaction of the soil solution of leached chernozem in connection with the long-term use of fertilizer systems / Yu. I. Grechishkina, A. N. Esaulko, M. S. Sigida et al. // Agrochemical Bulletin. 2016. No. 3. pp. 7-10.
4. Monitoring of soil fertility of the Stavropol Territory: dynamics of agrochemical indicators taking into account zonal features of soils / V. N. Sitnikov, V. P. Egorov, A. N. Esaulko et al. // Agrochemical Bulletin. 2018. No. 4. pp. 8-13.
5. Savin I. Yu. The problem of scale in modern soil cartography // Bulletin of the V. V. Dokuchaev Soil Institute, 2019. No. 97. pp. 5-20.
6. Lukin S. V. Monitoring the fertility of arable soils in the Southwestern part of the Central Chernozem region of Russia // Agrochemistry. 2021. No. 3. p. 3.
7. Badin A. E., Logoshina T. P. Soil fertility monitoring in the Tambov region // Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. 2019. No. 10. pp. 18-21.
8. Ivoilov A. V. Efficiency of fertilization and liming of leached chernozems. Saransk: Publishing House of Mordovians. un-ta, 2015. 264 p.
9. The influence of basic soil treatment, the phases of winter wheat vegetation and the depth of the soil layer on the compaction of agrochernozem / A. M. Grebennikov, A. S. Fried, S. V. Saprykin et al. // Agrochemistry. 2019. No. 10. pp. 58-63.
10. Carbon sequestration potential of soils in southeast Germany derived from stable soil organic carbon saturation / M. Wiesmeier, R. Hübner, P. Spörlein, U. Geuß et al. // Global Change Biology. 2014. Vol. 20 (2). P. 653-665. DOI:https://doi.org/10.1111/gcb.12384.
11. Gaffarova L. G. Dynamics of humus reserves and forecast of carbon-investing potential of zonal soils of the Republic of Tatarstan // Bulletin of the Kazan State University. 2021. No. 3. pp. 19-27.
12. Landscapes of the Republic of Tatarstan. Regional landscape and ecological analysis / O. P. Ermolaev, M. E. Igonin, A. Y. Bubnov et al. Kazan: "Slovo", 2007. 411 p.
13. The Red Book of the Republic of Tatarstan / A. B. Alexandrova et al. Kazan: Foleant Publishing House, 2012. 192 p.
14. Mikhailova M. Yu., Mukhamadieva H. H. The formation of grain crops using intensification techniques in the conditions of the Arsky district of the Republic of Tatarstan // Materials of the 78th student (regional) scientific conference "Student science - agricultural production". Kazan: Publishing House of Kazan State University. 2020. Vol. 1. pp. 104-109.
15. Amirov M. F., Toloknov D. I. Formation of spring wheat harvest depending on the use of mineral fertilizers, trace elements and herbicide in the conditions of the Republic of Tatarstan // Fertility. 2020. No.3 (114). pp. 6-9.
