Агроэкологическое обоснование эффективности ландшафтных систем земледелия в центральном черноземье (стр. 2 )

Исследования показывают, что за 24 года, прошедших после противоэрозионного обустройства данной территории, прирост гумуса в пахотном слое почвы в целом составил 23 % (табл. 2). Накопление гумуса наблюдается уже в первый период преобразования территории. Темпы увеличения содержания гумуса с 1985 по 2004 гг. составили 0,03 % (абс.) в год. В последующие пять лет темпы прироста основного фактора плодородия поддерживались на уровне 0,02 % (абс.) в год.

Таблица 2 – Динамика содержания гумуса (%) в пахотном слое почвы Красногвардейского полигона

Элемент рельефа	Поле	Годы
1985	2004	2009
Южный склон	1	2,29	3,85	3,97
2	2,31	3,13	3,64
3	2,40	2,77	3,19
4	2,50	2,95	2,87
Х	2,38	3,18	3,42
Sx	0,10	0,47	0,49
V, %	4,2	14,9	14,2
НСР05	0,34
Северный склон	5	3,71	3,54	3,13
6	3,69	3,52	3,44
Х	3,70	3,53	3,29
Sx	0,01	0,01	0,22
V, %	0,4	0,4	6,7
НСР05	0,31
Водосбор	Х	2,73	3,29	3,37
Sx	0,66	0,41	0,39
V, %	24,0	12,4	11,7
НСР05	0,35

Анализ материалов 1985 г. по содержанию гумуса в почвах Красногвардейского полигона показывает, что до начала освоения ландшафтных систем земледелия на склоне южной экспозиции величина этого показателя была на 35 % меньше, чем на склоне северной экспозиции. Кроме того, очевидно, что почвы, как южного склона, так и северного потеряли значительное количество гумуса за период их сельскохозяйственного использования. Ориентировочную величину потерь можно установить исходя из показателей ненарушенных аналогов.

В наших исследованиях за контроль приняты показатели содержания гумуса пахотного слоя двух реперных точек, одна из которых закреплена в лесополосе расположенной на водоразделе и другая – на пастбище северного склона. Первая точка характеризуется содержанием гумуса в пахотном слое – 5,7 %, вторая – 5,4 %. Это подтверждается сообщением (Красная книга…, 2007), что черноземы остаточно-карбонатные в верхнем слое содержат 5,6 % гумуса. Таким образом, потери гумуса почвами полярных склонов изучаемого водосбора составили 34-57 %.

Однако после освоения систем земледелия на ландшафтной основе направление почвенных процессов на южном склоне изменилось, в то время как почвы северного склона продолжали терять плодородие пахотного слоя. Темпы потерь с 1985 по 2004 гг. составили 0,01 % (абс.) гумуса в год. В последующие пять лет они увеличились до 0,05 % (абс.) в год. Во многом это связано с введением в последние годы в севооборот пропашных культур и пара после смены собственника землепользования. Почвы южного склона характеризуются накоплением гумуса довольно значительными темпами. Они составили 0,04 % (абс.) в год с 1985 по 2004 гг. и, чуть больше, 0,05 % (абс.) в год – с 2004 по 2009 годы. Этому способствовало сокращение интенсивности эрозионных процессов и сохранение зернотравяного севооборота на этих землях. В подпахотном слое почвы в последние годы также отмечается увеличение содержания гумуса на 0,04 % (абс.) в год.

В пахотном слое почвы нижней части склона содержание гумуса больше, чем верхней и средней частей. Очевидно, такое пространственное распределение связано с эрозионными процессами, в результате которых верхний слой был смыт, особенно это затронуло участки верхней части склона, в то же время смытая почва отлагалась на относительно низких участках водосбора. Однако стоит отметить, что в последнее пятилетие, когда было остановлено интенсивное развитие эрозионных процессов, накопление гумуса в средней части склона шло быстрее, чем в нижней – 0,08-0,10 и 0,02 % (абс.) в год, соответственно.

Результаты исследований на модельных объектах согласуются с динамикой процессов в почвах Красногвардейского района в целом, где по данным агрохимического обследования ФГУ ЦАС «Белгородский» содержание гумуса в течение последних двадцати пяти лет увеличилось с 4,8 % до 5,2 %. Превышение современного гумусного состояние над исходным составляет более 8 %. Освоением ландшафтных систем земледелия удалось не только предотвратить интенсивные эрозионные потери, но и на этой основе повысить плодородие почв. Это особенно показательно при сравнении с процессами, происходящими в почвах двух соседних районов – Валуйского и Вейделевского. В начальный период содержание гумуса в Валуйском районе было таким же, как и в Красногвардейском – 4,8 %. Но если уже в первые периоды освоения ландшафтных систем земледелия в Красногвардейском районе наблюдалась его стабилизация и в дальнейшем рост, то в Валуйском районе продолжалась потеря гумуса. В настоящее время разница между этими районами по содержанию гумуса составляет 0,5 % (абс.). Бонитет почв Вейделевского района был изначально выше, чем в соседних районах – содержание гумуса 5,2 %. Последний тур агрохимического обследования не выявил разницы по этому показателю между Красногвардейским и Вейделевским районами.

Наблюдаемая положительная динамика содержания гумуса в почвах Красногвардейского района еще более значима при анализе эродированности почв трех районов. Доля эродированных и эрозионноопасных земель здесь составляет 72,7 %, тогда как в Валуйском она равна 61,4 %, а в Вейделевском районе еще меньше – 57,0 %.

Таким образом, сохранение и накопление гумуса в почвах модельных объектов и в целом по Красногвардейскому району свидетельствует о высокой эффективности ландшафтных систем земледелия. Темпы изменения содержания гумуса дифференцируются в зависимости от рельефных условий и полноты освоения ландшафтных систем земледелия. Закон земледелия о равнозначимости и незаменимости факторов вполне применим к комплексу мер по защите почв от эрозии и засух, потому что ни один из ее элементов не является универсальным. Проблема их оптимального сочетания решается только на основе создания проектов внутрихозяйственного землеустройства на расчетной основе.

Однако разработанные проекты внутрихозяйственного землеустройства на контурно-мелиоративной основе, к сожалению, не для всех хозяйств явились обязательным руководством к действию.

Для сравнительных исследований мы выбрали два хозяйства Белгородской области: СПК «Родина» Алексеевского района и Вейделевского района. Оба хозяйства располагаются в сходных природно-климатических условиях: в V почвенно-эрозионном районе Белгородской области – Юго-восточном районе очень сильного смыва и сильной заовраженности; наиболее распространенными почвами на территории хозяйств являются черноземы обыкновенные разной степени смытости; коэффициент расчлененности территории составляет 1,2-1,3 км/км2; на склонах до 3º расположено 60 % пахотных земель, на склонах свыше 3º – 40 %. Различия в содержании гумуса в почвах хозяйств на момент создания проектов внутрихозяйственного землеустройства (1985 г.) были статистически незначимы (Fфакт.(1,89)< Fтеор.(3,86)) (табл. 3).

Таблица 3 – Динамика содержания гумуса (%) в почвах

и СПК «Родина»

Годы	Среднее значение	Средневзвешенное значение
	СПК «Родина»		СПК «Родина»
1985-86	5,229	5,334	5,44	5,39
1995-96	5,196	4,630	5,16	4,74
2001	5,017	-	5,09	-
2006-07	5,228	4,238	5,28	4,23
НСР05	0,002	0,048

В последствии в результате интенсивных эрозионных процессов за 22 года, начиная с 1985 г., содержание гумуса в почвах хозяйства СПК «Родина», где не проводилось освоение ландшафтной системы земледелия, снизилось на 1,16 % (с 5,39 % до 4, 23 %), что составляет 22% от исходного состояния. Темпы потери почв составляют 20 т/га в год, а снижение содержания гумуса в почвах составляет 0,053 % (абс.) / год в среднем.

В , где происходило поэтапное освоение ландшафтных систем земледелия, динамика изменения плодородия почв была иной. ЗАО "Должанское" – предприятие с высокой культурой земледелия и, тем не менее, с 1985 по 2001 г. содержание гумуса неуклонно снижалось. Ежегодные потери почвы с 1985 по 1996 г. были в 5 раз больше чем допустимые нормы, не превышающие естественный темп почвообразования. И это несмотря на то, что доля многолетних трав в структуре посевных площадей была доведена до 15-20 %. При переходе на почвозащитную, влагосберегающую обработку в 1996 г. темпы потери почв снизились почти в 2 раза.

В гг. в ЗАО "Должанское" при нашем непосредственном участии были проведены работы по посадке контурных лесных полос, строительству водозадерживающих валов, залужению балочных земель. После освоения ЛСЗ уже в первые 5 лет не просто остановлен процесс деградации почв, но и отмечен прирост содержания гумуса в них. По данным последнего агрохимического обследования (2006 г.) средневзвешенная ежегодная прибавка содержания гумуса по хозяйству составляет 0,038 % (абс).

Таким образом, при реализации всего комплекса мероприятий ландшафтной системы земледелия происходит не просто сохранение почв, а их окультуривание. Кроме того, система защитных лесных насаждений, как мощное средство борьбы с дефляцией, позволила прекратить ежегодный пересев сельскохозяйственных культур, вызванный выдуванием посевов.

Физико-химические и агрохимические показатели плодородия почв при освоении ландшафтных систем земледелия. Для юго-восточных и восточных районов Белгородской области, где преобладают черноземы обыкновенные и карбонатные, характерно значительное развитие водной эрозии. В результате с увеличением степени смытости кислотность пахотных почв уменьшается (Соловиченко, 2005).

Результаты наших исследований почв объекта «Репный Лог» показывают, что за 16 лет наблюдений произошло существенное снижение значения рНсол. пахотного слоя с 7,57 в 1993 г. до 6,82 – в 2003 г. и до 6,36 – в 2009 году при НСР05 = 0,42. Для подпахотного слоя различия в эти периоды также достоверны на 5 % уровне значимости. Причем наблюдается отрицательная значительная (r = -0,54) для пахотного слоя и очень тесная (r = -0,92) для подпахотного слоя почвы корреляция между показателями кислотности и содержания гумуса.

Наши исследования показали высокую зависимость между кислотностью почвы и суммой поглощенных оснований (r = 0,80). За шесть последних лет наблюдается некоторое перераспределение в почвенном поглощающем комплексе (ППК) между содержанием обменных кальция и магния. Однако сумма катионов Са2+ и Mg2+ сохраняется на уровне 28,0-29,6 мг-экв/100 г почвы в пахотном слое и 28,0-28,6 – в подпахотном слое. Перераспределение между кальцием и магнием в почвенном поглощающем комплексе связано с уменьшением обменного Са2+ как в пахотном слое почвы (на 3,3 мг-экв/100 г почвы при НСР05 = 2,68), так и в подпахотном слое (на 2,5 мг-экв/100 г почвы). В то же время наблюдается существенное увеличение обменного Mg2+ как в пахотном (на 1,7 мг-экв/100 г почвы), так и в подпахотном слое почвы (на 1,9 мг-экв/100 г почвы) при 5 % уровне значимости. (2003) отмечает, что при гумидизации водного режима в составе ППК уменьшается содержание Са2+ и увеличивается – Mg2+. Материалы наших исследований подтверждают это положение. Сокращение потерь влаги в ландшафтных системах земледелия привело к существенному изменению соотношения между Са2+ и Mg2+ – с 10,4:1 до 5,4:1. В пахотных черноземах, особенно в верхних горизонтах, происходит возрастание величины соотношения кальция к магнию до 6-7:1 против 5:1 у целинных разностей (Орлов, 1985; Плодородие черноземов…, 1998). Конечно, состояние плодородия почв модельного объекта «Репный Лог» далеко от целинных параметров, но фиксируемое соотношение 5,4:1 между Са2+ и Mg2+ мы можем рассматривать как благоприятную тенденцию.

На Красногвардейском полигоне за последние пять лет произошло достоверное снижение рН солевой вытяжки в целом по водосбору на 0,36 единиц в пахотном слое почвы (НСР05 = 0,29) и на 0,46 – в подпахотном (НСР05 = 0,28).

Существенное превышение (Р < 0,05) по сумме поглощенных оснований отмечается в более гумусированных почвах северного склона (35,4 мг-экв/100 г почвы) по сравнению с почвами южного склона (29,9 мг-экв / 100 г). Анализ содержания обменных Са2+ и Mg2+ свидетельствует, что плодородие почв по данным показателям в целом по водосбору выравнивается. Для черноземов остаточно-карбонатных установлено соотношение между кальцием и магнием почвенного поглощающего комплекса как 8(10):1 (Красная книга…, 2007). Небольшое отличие в соотношении между обменными Са2+ и Mg2+ в пахотном слое южного (9,7:1) и северного (12,5:1) склонов может свидетельствовать в пользу положительной направленности почвенных процессов южного склона.

Воспроизводство гумуса в почвах модельного объекта «Репный Лог», повышение окультуренности почв в целом подтверждается достоверным (при Р < 0,05) увеличением содержания легкогидролизуемого азота за шестнадцать последних лет, как в слое 0-20 см, так и в слое 20-40 см на 33,6 и 37,1 мг/кг почвы, соответственно. Наблюдаемое увеличение подвижного фосфора в период с 1993 года по 2004 год и последующее его снижение к 2009 году, как в пахотном, так и в подпахотном слоях почвы, несущественно. Почвы изучаемого участка характеризуются средней обеспеченностью подвижным фосфором в слое 0-20 см и низким его содержанием в слое 20-40 см. Изменение содержания обменного калия за весь период наблюдений также несущественно на 5 % уровне значимости. Пахотный слой почв характеризуется повышенной обеспеченностью К2О, подпахотный слой – средней.

В ландшафтных системах земледелия другого модельного объекта – Красногвардейский полигон – также наблюдается в последние годы достоверное (Р < 0,05) увеличение содержания легкогидролизуемого азота как в пахотном (на 8 %), так и подпахотном слое почвы (на 26 %). Отмечается незначительное превышение по этому показателю почв северного склона относительно южного склона. Содержание легкогидролизуемого азота изменяется в зависимости от положения в рельефе. В средней части склона по сравнению с водоразделом идет снижение этого показателя, которое при переходе к подножию (южный склон) вновь возрастает.

За 24 года произошло существенное увеличение содержания P2O5 в пахотном слое почвы, как в целом по водосбору (на 87,7 мг / кг почвы, НСР05 = 13,5), так и на южном (на 87,8 мг / кг почвы, НСР05 = 18,1) и северном (на 87,2 мг / кг почвы, НСР05 = 69,6) склонах. Это способствовало переходу почвы участка на два класса выше, который соответствует высокому содержанию по обеспеченности подвижным фосфором. По-прежнему в почвах на водораздельном поле № 4 наблюдается самое высокое содержание, как фосфора, так и калия. Установлено положительное изменение калийного режима пахотного слоя почв всей территории полигона, что обеспечило перевод почвы по содержанию K2O на качественную градацию выше.

Изменения содержания P2O5 в подпахотном слое почвы, произошедшие за последние пять лет, статистически незначимы. Подпахотный слой почв также характеризуется существенной (Р < 0,05) положительной динамикой обменного калия, что изменило обеспеченность K2O с повышенной в 2004 г. на высокую в 2009 году. В целом по содержанию и подвижного фосфора, и обменного калия более богатыми являются почвы склона северной экспозиции по сравнению с южной. От вершины к подножию склонов происходит снижение подвижного фосфора и обменного калия, как в пахотном, так и в подпахотном слое.

Процессы восстановления плодородия почв, установленные на модельных объектах, соответствуют изменению плодородия почв в целом по Красногвардейскому району, как по гумусу, так и по содержанию основных элементов питания. По данным ФГУ ЦАС «Белгородский» с 1983 по 2009 гг. содержание подвижного фосфора в почвах района увеличилось в среднем с 94 до 122 мг / кг почвы, что обеспечило перевод почвы по содержанию Р2O5 на качественную градацию выше (со среднего содержания на повышенное). По обменному калию ситуация аналогичная. За рассматриваемый период его содержание изменилось с 89 до 134 мг /кг почвы – с повышенного до высокого.