Параметры изменения физико-химических свойств чернозёма обыкновенного в плодовых ценозах

УДК 631.41: 634.1: 631.67 ПАРАМЕТРЫ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЁМА ОБЫКНОВЕННОГО В ПЛОДОВЫХ ЦЕНОЗАХ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ УВЛАЖНЕНИИ Фоменко Т.Г., канд. с.-х. наук, Попова В.П., д-р с.-х. наук Государственное научное учреждение Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства Россельхозакадемии (Краснодар) Реферат. В плодовых ценозах длительное локальное увлажнение чернозема обыкновенного приводит к увеличению степени засоления в местах локализации поливной воды. За счёт этого эти почвы перевод их к категории слабозасоленных. В результате миграции солей в почвенном профиле происходит качественное изменение анионно-катионного состава в пределах контура увлажнения. Использование минерализованной воды для полива способствует сдвигу ионного равновесия за счет активного внедрения в ППК вредных для плодовых растений Nа+ и Мg2+ и вытеснения из него Са2+ и K+. Ключевые слова: плодовые насаждения, чернозем обыкновенный, капельное орошение, засоление почв, физико-химические свойства почв, почвенно-поглощающий комплекс Summary: In the long-term local fruit cenoses hydration of ordinary chernozem increases salinity in the field at the location of irrigation water and categorized as slightly saline. The migration of salts in the soil profile is a qualitative change in their anion-cation composition within the wetting. The use of saline water for irrigation leads to a shift of the ion balance through the active implementation of a PPK harmful to fruit plants Na+ and Mg2+ and replacement from it Са2+ and K+. Key words: fruit orchards, ordinary chernozyom, drip irrigation, salinization, phyzical and chemical properties of soil, soil-absorbing complex Введение. Плодовые растения за вегетационный период тратят значительное количество воды на испарение и транспирацию. Потребляемая вода необходима для роста, образования тканей и протекание жизненных процессов. В условиях Северного Кавказа распределение осадков на протяжении вегетационного периода довольно неравномерное, поэтому даже в относительно влажные годы отмечаются засухи продолжительностью 40 дней и более. Для производства конкурентоспособной плодовой продукции без орошения нельзя создать оптимальные условия режима влажности почвы [1]. Необходимость применения искусственного орошения в интенсивных плодовых насаждениях юга России очевидна. Поэтому большое распространение в промышленных плодовых насаждениях получили автоматизированные системы капельного орошения. Основным достоинством капельного способа является экономное расходование оросительной воды. Возможность малого расхода воды заложена в самом принципе локальной подачи поливной воды в виде капель раствора непосредственно в зону корневой системы растений с расходом, не превышающем впитывающую способность почвы. Последующее распределение влаги в почве происходит под действием капиллярных сил, создавая так называемый контур увлажнения или очаг увлажнения [2, 3, 4]. Значительная доля площадей современных плодовых насаждений Северо-Кавказского региона расположена на черноземных почвах. Высокое содержание гумуса и глин, свойственное черноземам, обусловливая буферность по отношению к воздействию ксенобиотиков, определяет в то же время чрезвычайно высокую чувствительность черноземов к искусственному увлажнению [5, 6]. Даже при орошении водами хорошего качества наблюдается слабая степень деградации черноземных почв по структурному составу [7]. Ранее установлено, что при капельном орошении характер изменения свойств черноземных почв обусловлен, прежде всего, локальностью распределения поливной воды в почве. Формируются очаги повышенной концентрации питательных веществ, увеличивается содержание солей в почве, изменяется реакция почвенной среды и нарушается ионное равновесие в ППК [8, 9]. В полевых севооборотах проводится регулярная глубокая обработка почвы с перемешиванием почвенных частиц, что предотвращает локальное изменение физико-химических свойств черноземных почв. В садовых ценозах существуют две зоны: приствольных полос и междурядий с различными системами содержания почвы, которые существенно влияют на пространственную дифференциацию почвы. В приствольных полосах при минимальной обработке почвы отсутствует перемешивание почвенных частиц, что за период вегетации сада (10 и более лет) способствует созданию условий, усиливающих локальные изменения физико-химических свойств черноземных почв в условиях капельного орошения и применения удобрений. Остаются малоизученными процессы длительного влияния малообъемных способов орошения в плодовых насаждениях на изменения свойств черноземных почв, их плодородие и экологическую устойчивость экосистемы. Объекты и методы исследований. Исследования проводили в плодоносящих интенсивных насаждениях яблони в условиях недостаточного увлажнения Ростовской области на черноземе обыкновенном (ООО АФ «Красный сад»). Сад яблони посадки 2007 г., схема размещения деревьев 4х1,5м, подвой М9. Наблюдения за изменениями физико-химических свойств чернозема обыкновенного проводили с 2007 г. Капельное орошение плодовых насаждений проводилось в течение вегетационного периода в засушливые периоды каждые 3-5 дней с поливной нормой от 12 до 33 м3/га. Расстояние между капельницами на поливопроводе было 70 см, расход воды через капельницы составлял 1,0-1,6 л/час, средняя поливная норма – 25 м3/га. Оросительные нормы за вегетационный период в годы исследований (2007-2012 гг.) варьировали в пределах 250-525 м3/га. Дозы удобрений, вносимые с поливной водой (фертигация), составляли: в 2009 г. – N25 Р20 К20, в 2010 г. – N40, в 2011 г. и 2012 г. – N25. Для изучения изменений химических свойств чернозема обыкновенного отбор образцов почвы проводили по слоям 0-10, 10-30, 30-50, 50-70, 70-90 см в местах падения капель поливной воды и через каждые 10 или 20 см на расстоянии до 1 м по направлению к центру междурядья или к соседней капельнице от точки падения капли. Образцы почвы отбирали с помощью малогабаритного почвенного бура С.Ф. Неговелова [10]. В почвенных образцах определяли рН водной суспензии, катионно-анионный состав водной вытяжки по ГОСТам 26423-26428-85, обменный натрий, обменный кальций и магний по Шмуку в модификации Тюрина [11]. Качество поливной воды оценивали по качественно-количественному содержанию водорастворимых солей по ГОСТам 26423-26428-85. Анализ полученных экспериментальных данных осуществляли методами математической статистики с применением дисперсионного анализа в программе Microsoft Office Excel 2003 по «Методике полевого опыта» [12]. Обсуждение результатов. Основным источником поливной воды являлась вода из реки Дон с рН 6,9 и содержанием солей в среднем 930 мг/л, в том числе безвредных – 33 %, вредных нейтральных – 67 %. С 2011 года основная масса поливной воды использовалась из артезианских скважин глубиной около 50 м и периодически добавлялась речная вода. Поливная вода из скважин характеризовалась более щелочной реакцией водной среды (рН 7,37) и повышенным содержанием солей (1,59 г/л), в том числе безвредных – 26 %, вредных нейтральных – 74 % (таблица 1). Таблица 1 – Химический состав поливной воды, используемой для орошения садов ООО «Агрофирма «Красный Сад» Ростовской области Источник, срок отбора пробы рН НСО3– Cl– SO42– Са2+ Мg2+ Nа+ Сумма солей, г/л мг-экв./л Вода из реки Дон (21.06.2010 г.) 6,90 3,80 4,06 5,86 3,95 3,25 6,52 0,93 Вода из скважин (28.05.2012 г.) 7,37 3,20 4,70 15,81 5,55 5,55 12,61 1,59 Продолжительное капельное орошение насаждений яблони минерализованной водой способствовало накоплению водорастворимых солей в зоне увлажнения. Основная доля солей концентрировалась в слое почвы 0-60 см и в радиусе 25 см от точки падения капли. Максимальное содержание солей наблюдалось в 2012 г., их количество в местах локализации составляло 0,16-0,18 % от массы почвы (рисунок 1). Тип засоления – сульфатный, по классификации содержание солей более 0,15 % указывает на переход почвы в группу слабозасоленных [13]. Установлено частичное вымывание солей за пределы корнеобитаемого слоя почвы при выпадении осадков в период покоя плодовых растений. В 2011 году до возобновления капельных поливов отмечена миграция солей за пределы контура увлажнения и их частичное вымывание глубже 0-40 см слоя почвы. В 2012 году, когда продолжительность капельного полива сада составляла 5 лет, наблюдалось вымывание части солей ниже верхнего 0-60 см слоя почвы. Установлены отличия по качественному распределению вероятных водорастворимых солей в пределах контура увлажнения чернозема обыкновенного при 5-летнем капельном орошении (таблица 2). В местах наибольшей концентрации солей (под капельницей, слой 10-50 см) отмечено преобладание вредных нейтральных солей – около 70 %. В более глубоких слоях почвы (под капельницей, слой 50-90 см) отмечено увеличение вредных щелочных солей (Mg(НСО3)2 и NaНСО3) до 25-30 % и снижение доли вредных нейтральных до 35-38 %. Следует отметить, что в поливной воде содержание вредных щелочных солей не установлено. Увеличение их количества в почве в нижних слоях контура увлажнения связано с постепенным накоплением иона НСО3–. Как отмечает С.Ф. Неговелов, ион НСО3– сначала связывается с кальцием и при подсыхании почвы и потере CO2 почвенным воздухом и раствором переходит в ион СО32– с выпадением осадка CaCO3. И только когда ионов НСО3– больше, чем Са2+, в почве после израсходования влаги могут появляться вредные щелочные соли [1]. Отбор почвенных образцов 04.08.2010 г. Отбор почвенных образцов 06.07.2011 г. Отбор почвенных образцов 15.08.2012 г. Рис. 1. Распределение водорастворимых солей при капельном орошении яблони в черноземе обыкновенном, % от массы почвы (по горизонтали – при удалении от точки падения капли в сторону междурядья, по вертикали – в глубину почвы) Содержание солей: – 0,04-0,06 %, – 0,06-0,08 %, – 0,08-0,10 %, – 0,10-0,12 %, – 0,12-0,14 %, – 0,14-0,16 %, – 0,16-0,18 % Таблица 2 – Ионный состав водной вытяжки чернозема обыкновенного после 5-летнего капельного орошения Место отбора Слой почвы, см Массовая доля ионов в водной вытяжке, мг-экв./100 г Сумма солей, % НСО3– Cl– SO42– Са2+ Мg2+ Nа+ Под капельницей 0-10 0,535 0,160 1,047 0,374 0,107 1,261 0,126 10-30 0,522 0,270 1,770 0,704 0,142 1,716 0,182 30-50 0,428 0,268 1,660 0,674 0,160 1,522 0,167 50-70 0,691 0,075 0,421 0,403 0,108 0,676 0,090 70-90 0,636 0,026 0,348 0,350 0,095 0,565 0,078 На расстоянии 20 см от капельницы 0-10 0,321 0,214 0,56 0,674 0,160 0,261 0,076 10-30 0,451 0,094 0,624 0,58 0,133 0,456 0,085 30-50 0,535 0,027 0,527 0,460 0,107 0,522 0,081 50-70 0,486 0,027 0,276 0,410 0,095 0,284 0,060 70-90 0,592 0,075 0,506 0,535 0,107 0,531 0,086 На расстоянии 40 см от капельницы 0-10 0,428 0,027 0,167 0,428 0,107 0,087 0,048 10-30 0,484 0,027 0,124 0,414 0,107 0,114 0,049 30-50 0,514 0,027 0,124 0,428 0,107 0,130 0,051 50-70 0,528 0,027 0,148 0,482 0,095 0,126 0,054 70-90 0,528 0,027 0,138 0,464 0,095 0,134 0,055 Такое же явление отмечено нами на фоне капельного орошения при периодическом подсыхании нижних слоев контура увлажнения почвы чернозёма обыкновенного. На расстоянии 20 см от точки падения капли содержание вредных солей составляло 35-48 % от общего количества, доля вредных щелочных не превышала 10 %. За пределами контура увлажнения на расстоянии 40 см от точки падения капли общее содержание солей в почве соответствовало количеству на участке без орошения и составляло около 0,05 %. Содержание вредных нейтральных солей было около 20 %, вредных щелочных не превышало 10 % от общего количества. Неравномерное распределение солей в пределах контура увлажнения при капельном орошении сада способствовало небольшому изменению реакции почвенной среды. В местах локализации поливной воды в верхнем слое почвы отмечено небольшое снижение рН почвы до 8,0, а с глубины 60 см наблюдалось подщелачивание почвы, реакция почвенной среды увеличилась до 8,7. Подщелачивание почвы объясняется локальным накоплением вредных щелочных солей в нижних слоях почвы (рисунок 2). За пределами контура увлажнения на расстоянии 40 см от точки падение капли показатели реакции почвенной среды с глубиной возрастали равномерно с 8,2 в верхнем 0-10 см слое почвы до 8,5 в 70-90 см слое почвы. Применение многолетнего капельного орошения в садах на черноземе обыкновенном привело к постепенному вымыванию ионов кальция из мест локализации поливной воды. Содержание обменного кальция в почве в результате пятилетнего орошения понизилось с 28,03 до 22,47 мг-экв./100г. почвы непосредственно в точке падения капли раствора. Рис. 2. Изменение реакции почвенной среды в черноземе обыкновенном после 5-летнего капельного орошения (по горизонтали – при удалении от точки падения капли в сторону междурядья, по вертикали – в глубину почвы) рН водной суспензии: – 8,0-8,1 – 8,1-8,2 – 8,2-8,3 – 8,3-8,4 – 8,5-8,6 – 8,5-8,6 – 8,6-8,7 Небольшое повышение концентрации обменного кальция отмечено на глубине почвы ниже 40 см и в радиусе 20 см по поверхности от точки падения капли (таблица 3). В местах падения капель поливной воды наблюдалось значительное повышение магния с 4,28 до 9,84 мг-экв./100г. почвы. Доля магния от суммы поглощенных оснований возросла с 12,7 до 28,3 %. Обменный натрий промывался узкой полосой из мест локализации поливной воды на глубину почвы более 60 см, содержание его в верхнем слое значительно увеличилось с 0,30 до 1,61 мг-экв./100г. почвы. Доля натрия составила до 4,6 % от суммы поглощенных оснований, что совершенно нехарактерно для черноземных почв. Калийные удобрения с поливной водой в 2012 г не вносили, это привело к снижению содержания обменного калия непосредственно в точке падения капли поливной воды с 0,99 до 0,81 мг-экв./100 г. Снижение обменных форм калия объясняется его вытеснением из почвенно-поглощающего комплекса (ППК) натрием и магнием. Выводы. В условиях недостаточного увлажнения на черноземе обыкновенном продолжительное капельное орошение насаждений яблони минерализованной водой и внесение минеральных удобрений способствовало локальному накоплению водорстворимых солей в зоне увлажнения. Таблица 3 – Изменение содержания обменных катионов в ППК чернозема обыкновенного после 5-летнего капельного орошения, мг-экв./100 г. Место отбора Слой почвы, см Содержание обменных катионов Сумма поглощенных оснований Са2+ Мg2+ Nа+ K+ Под капельницей 0-10 22,47 9,84 1,61 0,81 34,73 10-30 28,03 4,28 1,35 0,65 34,31 30-50 28,03 4,28 1,17 0,61 34,09 50-70 25,44 3,39 0,96 0,54 30,33 70-90 23,11 2,97 0,83 0,54 27,45 На расстоянии 10 см от капельницы 0-10 25,25 7,28 1,17 0,85 34,55 10-30 26,63 6,25 1,12 0,81 34,81 30-50 27,61 4,71 1,04 0,76 34,12 50-70 26,27 3,95 0,85 0,58 31,65 70-90 24,38 3,39 0,65 0,63 29,05 На расстоянии 20 см от капельницы 0-10 27,61 4,28 0,39 1,35 33,63 10-30 27,90 4,65 0,52 1,12 34,19 30-50 28,25 3,85 0,61 0,81 33,52 50-70 26,95 3,62 0,45 0,58 31,6 70-90 24,38 3,39 0,30 0,58 28,65 На расстоянии 30 см от капельницы 0-10 29,10 4,28 0,30 1,21 34,89 10-30 28,95 3,96 0,35 1,03 34,29 30-50 28,89 3,42 0,39 0,81 33,51 50-70 27,03 3,40 0,35 0,58 31,36 70-90 23,87 3,39 0,33 0,58 28,17 На расстоянии 40 см от капельницы 0-10 28,03 4,28 0,30 0,98 33,59 10-30 28,45 4,28 0,32 0,90 33,95 30-50 28,46 4,14 0,35 0,72 33,67 50-70 26,82 3,85 0,33 0,58 31,58 70-90 24,38 3,39 0,30 0,58 28,65 Основная доля солей концентрировалась в слое почвы 0-60 см и в радиусе 25 см от точки падения капли. Установлено частичное вымывание солей за пределы корнеобитаемого слоя почвы при выпадении осадков в период покоя плодовых растений. Установлены отличия по качественному распределению вероятных водорастворимых солей в пределах контура увлажнения чернозема обыкновенного. Так, в местах наибольшей концентрации солей (под капельницей, слой 10-50 см) установлено преобладание вредных нейтральных солей – около 70 %. В более глубоких слоях почвы (под капельницей, слой 50-90 см) отмечено увеличение вредных щелочных солей (Mg(НСО3)2 и NaНСО3) до 25-30 % и снижение доли вредных нейтральных солей до 35-38 %. Увеличение вредных щелочных солей в нижних слоях контура увлажнения способствовало подщелачиванию почвы, повышению показателей реакции почвенной среды до 8,6-8,7. Локальное увлажнение чернозема обыкновенного привело к насыщению ППК катионами Nа+ и Мg2+ и обеднение Са2+ и K+, что позволяет сделать вывод о сдвиге ионного равновесия за счет активного внедрения в ППК вредных для плодовых растений Nа+ и Мg2+ и вытеснения из него Са2+ и K+. Результаты мониторинга свидетельствуют, что в многолетних плодовых насаждениях капельное орошение минерализованной водой в течение длительного периода времени (свыше 5 лет) приводит к неблагоприятным изменениям физико-химических свойств обыкновенных черноземов. Литература Неговелов, С.Ф. Почвы и сады / С.Ф. Неговелов, В.Ф. Валькв. – Изд. Ростовского университета, 1985. – 192 с. Овчинников, А.С. Применение ресурсосберегающих способов полива при возделывании сельскохозяйственных культур / А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. – 2007. – № 1. с. 46-49. Дубенок Н.Н., Бородычев В.В., Лытов М.Н., Белик О.А. Особенности водного режима почвы при капельном орошении сельскохозяйственных культур // Достижения науки и техники АПК. – 2009. – № 4. – с. 22-25. Храбров, М.Ю Оценка способов малообъемного орошения // Вестник РАСХН. – 2007. – № 5. – с. 53-56 Минашина, Н.Г. Проблемы орошения почв степей юга России и возможности их решения (на основе анализа производственного опыта 1950-1990 гг.) // Почвоведение. – 2009. – № 7. – с. 867-876. Орошаемые черноземы / Под ред. Б.Г. Розанова. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 240 с. Королев, В.А. Оценка изменения структурного состояния черноземов типичных при орошении // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. – ВГУ, 2006. – № 1. – с. 120-128. Попова, В.П. Изменение свойств черноземов Северного Кавказа при капельном орошении плодовых насаждений / В.П. Попова, Т.Г. Фоменко // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2012. – № 3. – с. 37-40. Воеводина Л.А. Изменение агрофизических свойств черноземных почв под влиянием капельного орошения минерализованной водой // Научный журнал российского НИИ проблем мелиорации. – 2011. – № 4. – с. 10. Неговелов С.Ф. Малогабаритный почвенный бур новой конструкции // Почвоведение. – 1960. – № 1. – с. 101-105. Агрохимические методы исследования почв / Под ред. А.В. Соколова. – М.:«Наука», 1975. – 656 с. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с. Базилевич, Н.И. Опыт классификации почв по содержанию токсичных солей и ионов / Н.И. Базилевич, Г.И. Панкова // Бюл. Почв. Ин-та им. В.В. Докучаева. – 1972. – вып. 5. – с. 36-40.

Похожие:

	О бразец оформления статьи Результаты мониторинга физико-химических свойств чернозёма обыкновенного в плодовых насаждениях при капельном орошении		1 Цель преподавания дисциплины: изучение особенностей химического... Раскрывая физико-химическую сущность жизненных явлений, курс «Химические основы жизни» оказывает огромное влияние на развитие всех...
	Экзаменационные вопросы «Правила по охране труда при использовании... Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...		Исследование физико-химических свойств хлеба 9 О внесении изменений в приказ министерства сельского хозяйства Новосибирской области от 26. 12. 2011 №194-нпа
	Исследование физико-химических свойств шампуней а. Панаськов, ученик 10 класса Предмет: биология с углубленным изучением отдельного раздела анатомии темы – строение и функции кожи		Предмет: Химия Класс: 8 Тема: Виды химической связи Цель урока: Задачи:... Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
	Реферат Проект посвящен изучению закономерностей образования новых... Биядерные винилиденовые комплексы переходных металлов служат строительными блоками в синтезе гетероядерных кластеров, перспективных...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: изучение общей характеристики галогенов по положению в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева, физико-химических...
	Рабочая программа дисциплины дисциплина опд. Ф. 10 Биохимия Целью дисциплины является изучение строения и свойств макромолекул, входящих в состав живой материи, их химических превращений и...		Е. Н. Салыгин (фамилия, инициалы) Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
	Протокол №4 от 28. 04. 09 /Рожков А. А./ руководитель мо /Тюпина Г. А Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...		Сосуды работающие под давлением Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
	Вопросы к экзамену по дисциплине «Химия» Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...		Публичный доклад о состоянии и результатах деятельности Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
	Экзаменационные вопросы по дисциплине «Хозяйственное право» Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...		Конспект урока железо: физические и химические свойства. Цель урока:... Обучающие: сформировать знания о физико-механических и химических свойствах железа