Большинство работ по региональной оценке плодородия почв (в том числе и в Белгородской области) проведены согласно техническим указаниям по государственной кадастровой оценке сельскохозяйственных угодий в субъекте Российской Федерации [9], согласно которым диагностические признаки плодородия почв делятся на основные, по которым рассчитывается оценочный балл, и дополнительные, корректирующие уровень общего почвенного плодородия с помощью понижающих поправочных коэффициентов (эродированность, засоленность и т.п.). К основным признакам относят мощность гумусового горизонта, содержание (в %) гумуса и физической глины. Другие важные показатели почвенного плодородия учитывают в виде «универсальных» поправочных коэффициентов. Ранее [3] нами аргументирована точка зрения о том, что при определении совокупного оценочного балла целесообразно отказаться от использования поправочных коэффициентов, а так называемые дополнительные (вспомогательные) признаки (эродированность, кислотность, солонцеватость, и др.) применять в качестве самостоятельного бонитировочного признака.
В результате земледельческого использования почв отмечаются разнообразные изменения свойств, которые существенно влияют на их общую оценку. В результате изучения агрогенных трансформаций почв обнаружен целый комплекс тенденций и закономерностей, свидетельствующих о высоких темпах изменения во времени различных почвенных свойств [10]. Обычно, происходящие под воздействием механической обработки почвы изменения ее климата, ускорение ряда элементарных почвенных процессов, связанных с миграцией вещества, не сопровождаются пополнением нового энергетического материала - органического вещества [4]. По этим причинам возникает необходимость вовлечения в методику определения качества почв сельхозугодий таких индикаторов, которые способны адекватно отразить влияние на почву агрогенных воздействий [7]. Использование метода рядов агрогенных изменений почв для региона с длительной земледельческой нагрузкой [2] показало, что даже в нормальном ряду (без участия эрозии) агрогенная эволюция почв практически необратима. В этой связи представляет интерес диагностика наиболее чувствительных изменений почвенного плодородия, которые проявляются на текущем этапе землепользования (длительностью 100-200 лет).
Объектом исследования был выбран исследовательский полигон на землях Викторопольского сельского поселения (Вейделевский район Белгородской области). Из первых карт этого региона (План генерального межевания 1780-1790 гг.) видно, что первое время на данной территории был только один тип угодий - сенокосы. Основной возраст пашни можно оценить в 160-170 лет. Исследуя архивные материалы, хранящиеся в Вейделевском краеведческом музее, а также источники рубежа XIX-XX вв., установлено, что в 1908 г. на этих землях был учрежден заповедник целинной степи (в имении графини С. В. Паниной), площадь которого к 1914 г. достигла 50 десятин [1]. В 1908-1920 гг. здесь была и единственная в округе метеорологическая станция (от Петербургского общества естествоиспытателей), силами сотрудников которой изучалась целинная растительность, особенности продукционных процессов и их взаимосвязи с почвой и климатом. В 1910-1914 гг. часть земель (ныне - территория урочище «Гнилое») была выделена под посадку широколиственного леса и обустройство места отдыха с прудом. В настоящее время ур. «Гнилое» - ботанический заказник регионального значения, площадь лесного массива 60 га.
В ходе собственных полевых исследований был сформирован агрогенный ряд почв, выбраны шесть участков различного времени и вида землепользования (табл. 1, рис. 1).
Таблица 1. Объекты для формирования агрогенного ряда почв
|
№ точки |
Угодья |
Характеристика объектов |
|
1 |
лесной массив |
Ур. «Гнилое». Широколиственный лес искусственного происхождения. Пологий склон в лесном массиве возрастом 100 л. |
|
2 |
пашня |
Поле подсолнечника, в 70 м от западной опушки леса (т. 1). |
|
3 |
Старозалежный участок |
Участок восстановленной степи с доминированием ковыля перистого, в 20 м от северной опушки леса, узкая (до 20 м) микрозона слабонаклоненного прибалочного склона. |
|
4 |
молодая залежь |
Сельскохозяйственное поле (в залежи около 10 лет), в 25 м к югу от границы степного участка (т. 3). |
|
5 |
Пашня 160-170 лет |
Современное сельскохозяйственное поле, средняя часть склона крутизной 2º. Аналог точки 4 по гипсометрическому положению. |
|
6 |
распаханная 60 л.н. залежь |
Современное сельскохозяйственное поле, распаханное с 1950-х гг., слабонаклоненная часть водораздела. |
Рисунок 1. Точки отбора почвенных образцов на топографической карте масштаба 1:50000 (участок «Викторополь»)
Материалы и методы. При обосновании местоположения объектов, которые могут войти в хроноряд агрогенных трансформаций почв, использован ранее предложенный [5] подход, который интегрирует историко-картографический анализ, технологии геоинформационных систем и дистанционного зондирования Земли. В каждой точке отбора были взяты образцы из двух частей гумусово-аккумулятивного горизонта (А´ и А´´), которые по-разному могли отразить историю агрогенеза и режимы восстановления свойств. Для определения гранулометрического состава почв использовали пипеточный метод Качинского, методом Саввинова выполнен структурно-агрегатный анализ (табл. 2). Для изучения основных физико-химических свойств почв использовали следующие методы: общий гумус - по Тюрину, фракционно-групповой состав гумуса - по модификации Пономаревой -Плотниковой, валовой азот - по Кьельдалю, подвижные соединения фосфора и калия - по Чирикову; цвет почвы - по шкале Манселла; общепринятыми методами определяли объемную массу, плотность твердой фазы, гидролитическую кислотность, сумму поглощенных оснований, валовой фосфор (табл. 3).
Результаты и обсуждение. Для вывода о принадлежности почв к агрогенно-эволюционному ряду привлекали всю совокупность аналитических данных, среди которых наибольшие возможности в диагностике агрогенных трансформаций дали показатели структурного и гумусового состояния почв. В результате были выбраны показатели, которые можно использовать в качестве индикаторов агрогенной трансформации почв.
Таблица 2. Структурно-агрегатный состав черноземных почв агрогенного ряда
|
№ образца |
Глубина отбора, см |
Структурно-агрегатный состав |
Гранулометрический состав |
||||||||
|
сухое просеивание |
мокрое просеивание |
||||||||||
|
размер фракций (мм) и их содержание (%) |
Кстр |
размер фракций (мм) и их со-держание (%) |
d, мм |
Кв |
размер гранулометрических элементов (мм) и их содержание (%) |
||||||
|
1-7 |
<1 и >7 |
>0,25 |
<0,25 |
> 0,01 |
< 0,01 |
<0,001 |
|||||
|
1-1 |
0-10 |
87,92 |
12,08 |
7,28 |
68,9 |
31,1 |
1,97 |
0,94 |
48,97 |
51,03 |
19,53 |
|
1-2 |
10-25 |
77,90 |
22,10 |
3,52 |
79,02 |
20,98 |
1,61 |
0,60 |
57,57 |
42,43 |
31,20 |
|
2-1 |
0-16 |
52,75 |
47,25 |
1,12 |
36,48 |
63,52 |
0,42 |
0,31 |
49,18 |
50,82 |
27,30 |
|
2-2 |
16-30 |
54,39 |
45,61 |
1,19 |
50,52 |
49,48 |
0,43 |
0,31 |
54,47 |
45,53 |
18,54 |
|
3-1 |
0-13 |
64,90 |
35,10 |
1,85 |
65,58 |
34,42 |
1,95 |
0,52 |
67,04 |
32,96 |
15,45 |
|
3-2 |
13-31 |
53,43 |
46,57 |
1,15 |
52,46 |
47,54 |
0,94 |
0,53 |
57,52 |
42,48 |
29,61 |
|
4-1 |
0-14 |
44,47 |
55,53 |
0,80 |
31,1 |
68,9 |
0,45 |
0,57 |
70,44 |
29,56 |
14,26 |
|
4-2 |
14-24 |
42,56 |
57,44 |
0,74 |
38,26 |
61,74 |
0,66 |
0,38 |
73,07 |
26,93 |
15,10 |
|
5-1 |
0-16 |
42,84 |
57,16 |
0,75 |
36,2 |
63,8 |
0,44 |
0,41 |
49,76 |
58,24 |
27,04 |
|
5-2 |
16-28 |
30,98 |
69,02 |
0,45 |
40,94 |
59,06 |
0,53 |
0,51 |
42,04 |
57,96 |
31,71 |
|
6-1 |
0-14 |
47,16 |
52,84 |
0,89 |
40,32 |
59,68 |
0,51 |
0,67 |
37,25 |
62,75 |
32,44 |
|
6-2 |
14-28 |
43,06 |
56,94 |
0,76 |
49,66 |
50,34 |
0,59 |
0,27 |
55,48 |
44,52 |
31,50 |
Примечание: Кстр - коэффициент структурности; d - средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов; Кв - коэффициент водопрочности.
Таблица 3. Основные физико-химические свойства черноземных почв агрогенного ряда
|
№ образца |
Цвет сухой почвы (10YR) |
Объемная масса, г/см3 |
Плотность твердой фазы, г/см3 |
рН водн. |
Азот общий, % |
Гумус, % |
Лабильный гумус, % |
Сумма поглощенных оснований, ммоль/100 г |
Гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г |
Валовый фосфор, мг/кг |
Подвижный фосфор, мг/кг |
Подвижний калий, мг/кг |
Сгк, % |
Сфк, % |
|
1-1 |
3/1 |
0,79 |
2,19 |
6,9 |
0,67 |
12,82 |
0,61 |
43,4 |
3,40 |
1988 |
86 |
363,5 |
47,56 |
26,63 |
|
1-2 |
3/1 |
1,10 |
2,25 |
6,1 |
0,30 |
5,62 |
0,27 |
33,6 |
4,61 |
1167 |
45 |
75 |
30,8 |
38,44 |
|
2-1 |
3/1 |
0,90 |
2,23 |
7,4 |
0,33 |
5,79 |
0 9 |
39,7 |
0,83 |
1540 |
133 |
300 |
47,38 |
17,50 |
|
2-2 |
3/1 |
1,19 |
2,28 |
7,4 |
0,32 |
5,71 |
0 8 |
38,6 |
0,83 |
1541 |
176 |
163 |
48,79 |
17,54 |
|
3-1 |
4/1 |
1,25 |
2,45 |
6,8 |
0,28 |
5,33 |
0,33 |
23 |
3,79 |
1025 |
32 |
97,5 |
44,37 |
23,24 |
|
3-2 |
4/1 |
1,34 |
2,68 |
6,7 |
0,18 |
3,83 |
0,19 |
41,4 |
3,63 |
67 |
26 |
42,5 |
47,38 |
22,12 |
|
4-1 |
4/1 |
1,58 |
2,62 |
6,5 |
0,17 |
3,16 |
0,33 |
15 |
3,79 |
51 |
11 |
103 |
54,26 |
22,94 |
|
4-2 |
4/1 |
1,43 |
2,5 |
6,4 |
0,17 |
2,64 |
0,23 |
13,3 |
2,46 |
44 |
9 |
47,5 |
56,79 |
19 10 |
|
5-1 |
3/1 |
1 3 |
2,36 |
6,8 |
0,29 |
5,34 |
0,15 |
32,8 |
1,28 |
1419 |
127 |
227 |
53,97 |
12,45 |
|
5-2 |
3/1 |
1,19 |
2,40 |
6,8 |
0,29 |
4,54 |
0,11 |
34,2 |
1,56 |
1218 |
96 |
100 |
54,23 |
18,90 |
|
6-1 |
3/1 |
1,12 |
2,42 |
6,9 |
0,36 |
5,21 |
0,21 |
38,6 |
2,74 |
1833 |
149 |
160,5 |
66,66 |
17,56 |
|
6-2 |
3/1 |
1,13 |
2,40 |
6,7 |
0,33 |
5,83 |
0,17 |
37,8 |
1,28 |
1620 |
128 |
50 |
56,21 |
15,53 |
При существенных различиях в гумусированности (от 3,2 до 12,8 %) цвет сухой почвы колеблется мало: от темно-серого до очень темно-серого. Основные почвы агрогенного ряда (2-6) - черноземного типа, тип гумуса - гуматный. Однако в лесной обстановке в условиях столетнего облесения степных почв наблюдается значительная фульватизация гумуса, что подтверждается результатами определения её кислотности.
Результаты структурно-агрегатного анализа почв в целом выявили ухудшение качества структуры в ряду лес-залежь-пашня, но стоит отметить, что почва на пашне вблизи леса имеет гораздо лучшую структуру в отличие от пахотных почв, расположенных ниже по склону. Однако водоустойчивость структуры этих же объектов несколько хуже аналогичного показателя в точках 5 и 6.
Установлено, что после прекращения антропогенных воздействий наиболее информативной для диагностики режимов воспроизводства почвенного плодородия является нижняя часть гумусово-аккумулятивного горизонта. Классификацию почв агрогенного ряда провели методом иерархической классификации (Уорда) кластерного анализа (рис. 2) по наиболее информативным показателям: валовый и подвижный фосфор, подвижный калий, гумус, лабильный гумус, содержание физической глины, мощность гумусового горизонта, средневзвешенный диаметр водоустойчивых агрегатов, коэффициент структурности, отношение углерода гуминовых кислот к общему углероду.
Рисунок 2. Результаты кластерного анализа по Евклидовой дистанции: 1-6 - члены агрогенного ряда почв
В результате анализа было выделены следующие кластеры: 1) кластер объектов, которые объединяет режим современного земледелия; 2) кластер почв, в который вошли целинные почвы, недавно распаханная залежь и почва под лесом.
Таким образом, различия свойств в группе пахотных почв превышают таковые для восстанавливаемых почв. Сопоставление почв, входящих в ряд агрогенных трансформаций, а также координация почв в пространстве 10 факторов по методу кластерного анализа показали, что длительность земледелия является одним из наиболее значимых факторов для оценки почвенного плодородия. В степной зоне при переводе 60-летних пахотных почв в залежь, имитирующую степь, достигается близкий уровень воспроизводства почвенных свойств в сопоставлении с почвой, находящейся под лесомелиорацией более 100 лет.
Кластерный анализ, выполненный по трем показателям, рекомендованным нормативной методикой для определения бонитета почв, дал схожие результаты, однако, почвы на пашне (точки 5 и 6) группируются опосредованно, т.к. два признака (гумус и мощность гумусового горизонта) отличают почвы однонаправленно, а при включении физической глины - разнонаправлено. Поэтому можно сделать вывод, что при участии в земельно-оценочных работах более обстоятельного набора показателей, например, тех десяти, что указаны нами выше, природно-антропогенные различия в почвах можно отразить более объективно.
Таким образом, при проведении государственной кадастровой оценки земель сельскохозяйственного назначения считаем целесообразным учитывать значения показателей агрогенных изменений почв, которые отражают как пространственные, так и деградационные проявления всех этапов антропогенного почвообразования; вычисление итогового бонитировочного балла проводить путем расчета среднегеометрического значения по выбранным диагностическим свойствам, отказавшись от использования поправочных коэффициентов, а так называемые дополнительные (вспомогательные) признаки учитывать в качестве самостоятельных бонитировочных показателей. Для обоснования местоположения объектов, которые могут войти в хроноряд агрогенных трансформаций почв, перспективно использование комплексного подхода, включающего историко-картографический анализ, технологии геоинформационных систем и дистанционного зондирования Земли.
Работа выполнена по проекту (ГК № П743) мероприятия 1.2.1 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.».
Рецензенты:
- Лисецкий Федор Николаевич, доктор географических наук, профессор, профессор кафедры природопользования и земельного кадастра НИУ «БелГУ», г. Белгород.
- Смирнова Лидия Григорьевна, доктор биологических наук, зав. лабораторией ГНУ Белгородский НИИ сельского хозяйства, г. Белгород.