Почвоведение, 2019, № 3, стр. 330-334

ВВЕДЕНИЕ

Проблема антропогенного уплотнения почв в условиях интенсивного сельскохозяйственного производства является одной из важных агрофизических проблем во всем мире. Действительно, сельскохозяйственная техника может проводить работы, заезжая до 10–15 раз на обрабатываемое поле, нередко весьма увлажненное. Все это приводит к постепенному, но кумулятивному формированию уплотненного слоя под пахотным, который в мировой литературе носит название подпахотного уплотнения (subsoil compaction), либо “плужной подошвы”, “плужного уплотнения” и др. [2, 4–6]. Этот уплотненный подпахотный слой возникает в результате регулярного прохождения плугом и других рыхлителей на одну и ту же глубину почвы. Давление опорных плоскостей плугов создает уплотненный слой, который не наблюдается с поверхности почв, но является причиной многих неблагоприятных явлений в виде застоя влаги над уплотненным слоем, пониженной воздухопроницаемостью, резко сниженной проницаемости для корневых систем растений и многих других неблагоприятных почвенных явлений. Исследование формирования этого слоя, его пространственного распространения, связи его образования и развития с физическими свойствами почв, агротехническими мерами всегда представляли научную задачу для агрофизиков и практиков земледелия [2, 4–6]. До настоящего времени не существует научно обоснованных и эффективных мероприятий по восстановлению оптимальной плотности подпахотного слоя. Применение чизельных рыхлителей далеко не всегда дает долговременный эффект, в ряде случаев (например, при поверхностном переувлажнении почв) даже приводит к увеличению мощности уплотненного слоя. Формирование, интенсивность проявления, увеличения рисков переуплотнения являются одними из актуальных задач современного почвоведения и агрофизики, которые могут решаться только при всестороннем изучении как природных, так и агротехнических условий проявления и последствий этого внутрипочвенного явления [2, 4–6].

До настоящего времени основным методом контроля проявления и изучения динамики развития подпочвенного уплотнения являлись площадные исследования сопротивления пенетрации. Эти исследования получили развитие в связи с появлением новых современных приборов – пенетрометров, имеющих электронное информационное сопровождение (например, Penetrologger) [1, 2]. Однако даже с помощью этого современного оборудования затруднительно физически обоснованно предсказать развитие явления подпочвенного уплотнения, возможность его распространения в глубинные слои почвы и соответствующие последствия на изменение водного, воздушного и теплового режимов почв.

Цель данной работы: исследовать явление подпочвенного уплотнения в почвах на молодых рыхлых аллювиальных отложениях. Задачи: 1 – оценить развитие подпочвенного уплотнения с учетом формирования почв и времени агротехнического воздействия; 2 – интенсивность проявления процесса уплотнения в его вертикальной составляющей (по глубине почвы); 3 – составить экспертный прогноз развития подпочвенного уплотнения для предохранения почв от развития этого процесса в конкретном регионе с определенными требованиями к почвенному покрову, его температурному, водному и другим режимам.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования почв проводили в западной части Араратской долины, на правом берегу р. Аракс, в 40 км к юго-западу от Еревана. Эта территория регулярно затапливалась до 1950-х годов водами р. Аракс, несущими большое количество твердофазных взвесей. В периоды наводнений эта территория получала дополнительные осадочные накопления, на которых впоследствии формировались почвы, сразу и интенсивно вовлекаемые в земледелие. То есть материнской породой исследуемых почв являются рыхлые тяжелосуглинистые аллювиальные карбонатные отложения р. Аракс с низким содержанием органического углерода, которые активно использовались в сельскохозяйственном производстве. В 1960-х годах с правой стороны р. Аракс были построены дамбы и введены в строй мелиоративные каналы, что позволило зарегулировать сток и ликвидировать катастрофические наводнения территории. Таким образом, в середине прошлого столетия в районе г. Ыгдыр сформировались мощные тяжелосуглинистые аллювиальные осадки, представлявшие собой материнскую породу для агропочвы. Эти аллювиальные агропочвы интенсивно обрабатываются до глубины 30–33 см тяжелой современной техникой, причем без внесения органических удобрений. Последние годы эта территория относится к участку Университета района Ыгдыр. Разрез заложен на территории опытной станции университета Ыгдыр, координаты 035°55′702″ с. ш., 044°05′722″ в. д. Почва карбонатная, образовавшаяся на речных отложениях за счет разливов р. Аракс.

Ключевой почвенный разрез расположен в центральной части опытной станции университета Ыгдыр вскрыл аллювиальную слабодифференцированную карбонатную почву на рыхлых аллювиальных отложениях. Несколько прикопок, сделанных на расстояниях 100–200 м от разреза подтвердили постоянство глубины подпочвенного уплотненного слоя с вариацией 33–37 см, что доказывает его антропогенное (агротехногическое) уплотнение.

Описание ключевого разреза:

Гор. А пах, 0–35 (40 см) – влажноват, буровато-светло-серый, рыхлый, тяжелый суглинок, хорошо агрегирован, переход к нижележащему по увеличению плотности и твердости.

Гор. АВ уплотн, 35–55 (60 см) – влажноват, светлее предыдущего, тяжелый суглинок, плотный, твердый, выделяются отдельные крупные (до 4–8 см) прямоугольные педы, видны отдельные трещины, макропоры, переход постепенный по плотности и рыхлости.

Гор. В, 55–96 см – влажноват, рыхлый, следы уплотнения не замечены, переход по оттенку светло-бурого цвета.

Гор. ВС, 96–170 см – тяжелый суглинок, светлее предыдущего, рыхлый, мощные аллювиальные отложения, слоистости не отмечено.

Название почвы: слабодифференцированная молодая карбонатная аллювиальная почва на рыхлых аллювиальных отложениях р. Аракс (Calcaric Pantofluvic Fluvisol (Loamic, Aric, Densic)).

В полевых условиях были определены: водопроницаемость методом трубок с переменным напором, плотность почвы буровым методом Качинского [1] и сопротивление пенетрации пенетрологгером фирмы Эйгелькамп (Penetrologger Eijelkamp) до глубины 75 см с отсчетами через каждые 10 см. Гранулометрический состав – методом лазерной дифракции на приборе Analysette 22 (Fritsch, Germany) c предварительной ультразвуковой диспергацией почвенной суспензии в течение 5 мин [3]. Общее содержание углерода в отобранных образцах проведено на экспресс-анализаторе АН-7529 [3], углерод карбонатов – в кальциметре, содержание органического углерода рассчитывали по разности содержаний общего и карбонатного углерода [3]. Плотность почвы – методом режущего кольца (цилиндрический бур объемом 98.34 см³), влажность – термостатно-весовым методом в трехкратной повторности.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследуемая почва – тяжелосуглинистая по всему профилю (содержание физической глины составляет 52–59%, рис. 1), причем гранулометрический состав практически одинаков по всему профилю, лишь в глубинных слоях отмечается некоторое его облегчение, что связано, видимо, со слоистостью речных отложений р. Аракс. До глубины 90 см почва представлена иловатым тяжелым суглинком (silty clay loam) с преобладанием фракций тонкой и средней пыли (точнее – фракций размерами 1–3 и 4–6 мм), что указывает на высокую пластичность почвы и ее податливость к нагрузкам. Об этом свидетельствует и морфология почвы, в которой выделяется слой 35–60 см – уплотненный, с отдельными призматическими педами, то есть с характерными особенностями переуплотненного почвенного слоя.

Рис. 1.

Гранулометрический состав различных слоев аллювиальной почвы.

На наличие переуплотненного слоя указывает и характерное профильное распределение плотности почвы, которая в указанном переуплотненном слое достигает величин, близких к 1.6 г/см³, а также сопротивление пенетрации, достигающее 5 МПа, что свидетельствует о превышении критических значений сопротивления пенетрации для соответствующего класса по гранулометрическому составу [4–6]. Водопроницаемость этого слоя в пределах исследуемого почвенного профиля также характеризуется как низкая. Она достигает 1.5 см/сут при средней хорошей водопроницаемости по профилю – около 55 см/сут [1]. Следует отметить низкое содержание органического вещества – в верхнем пахотном слое менее 1%, глубже интенсивно уменьшающееся практически до нуля (рис. 2). Приведенные данные однозначно указывают на физическую антропогенную внутрипочвенную деградацию почвы, проявляющуюся в формировании труднопроницаемого переуплотненного слоя.

Рис. 2.

Изменение коэффициента впитывания (Кв), влажности в момент определения (W), сопротивления пенетрации, плотности почвы и содержания органического углерода по профилю почвы.

Аллювиальные отложения, служащие материнской породой для исследованной почвы, сформировались в середине прошлого века. Это означает, что мощный, почти 40-сантиметровый внутрипочвенный уплотненный слой образовался за несколько десятилетий. Что же способствовало столь быстрому формированию? Прежде всего, специфический гранулометрический состав, в котором при преобладании пылеватой фракции второй по значению является илистая фракция. Именно она, как самая тонкая среди фракций гранулометрического состава, заполняет часть свободного порового пространства, тем самым формируя уплотненный пылеватый по гранулометрическому составу слой. Кроме того, в данном районе агротехнологическая обработка почвы проводится после зимне-весенних осадков во влажном состоянии. И, безусловно, отсутствие органического вещества почв – самого действенного протектора уплотняющего воздействия сельскохозяйственной техники, противодействующего накопительному уплотнению почв [4–6]. Последний факт ориентирует пользователей данного земельного угодья на применение органических удобрений и внедрение травяного клина в севооборот, что поможет снизить риски распространения и увеличения критического внутрипочвенного уплотнения, создаст условия для формирования агрегатной почвенной структуры, позволяющей сохранить благоприятные физические свойства в пахотном и подпахотном горизонтах почв.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные аллювиальные карбонатные почвы подгорных районов Восточной Турции образовались на рыхлых аллювиальных отложениях р. Аракс. Эти почвы имеют тяжелосуглинистый гранулометрический состав и нередко подвергаются агротехнической обработке во влажном состоянии. В связи с тяжелым гранулометрическим составом и исходной низкой плотностью в этих почвах сформировался плотный слой мощностью 30–65 см с плотностью около 1.5 г/см³ и сопротивлением пенетрации выше 5 МПа. Этот внутрипочвенный слой представляет проблему не только для развития корневых систем растений, но и для движения влаги, воздуха и прогревания почв в условиях подгорных районов Восточной Турции. Проблема подпочвенного уплотнения чрезвычайно важна, так как лимитирующими факторами активного сельскохозяйственного использования этих почв являются недостаток влаги и скорость прогревания. Тепловой и водный режимы будут существенно зависеть от наличия в профиле почвы уплотненного слоя. Уменьшение плотности этого внутрипочвенного слоя не может быть достигнуто только за счет глубокой вспашки, так как содержание органических веществ в этих почвах весьма низкое. Поэтому рекомендуется внесение органических удобрений, подавляющих процесс внутрипочвенного уплотнения.

Благодарность. Данное исследование осуществлено при финансовой поддержке гранта программы BİDEB 2221 (Department of Science Fellowships and Grant Programmes, code 2221) организации TÜBİTAK (Scientific and Technological Research Council of Turkey).