ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫЙ И АНТРОПОГЕННЫЙ ФАКТОР ДЕГРАДАЦИИ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮЖНЫХ СЕВЕРО-ВОСТОКА КАЗАХСТАНА

CRACKING IS NATURAL AND ANTHROPOGENIC FACTOR OF SOUTHERN BLACK SOILS DEGRADATION IN THE NORTH-EAST OF KAZAKHSTAN

Kizatolda Mukhametkarimov

doctor of Agricultural sciences, Full Professor LLP "S.Seifullin Kazakh Agrotechnical University",

Kazakhstan, Astana

Sayagul Kenzhegulova

candidate of Agricultural Sciences, Senior Lecturer LLP "S.Seifullin Kazakh Agrotechnical University",

Kazakhstan, Astana

АННОТАЦИЯ

В статье были установлены связи проявления и развития процесса трещинообразования в черноземах южных карбонатных и разработаны научно-обоснованные приемы, предупреждающие его проявление и ускоренное восстановление их плодородия. Для достижения полного изучения вопроса были заложены полевые опыты. Образование трещин и щелей происходит как на целинных, так и на старопахотных почвах.

ABSTRACT

The links of manifestation and development of crack formation process in the southern carbonate black soils and scientifically substained methods were developed that prevented its manifestation and accelerated restoration of their fertility were established in the article. To achieve a complete study of the issue, field experiments were laid. The formation of cracks and occurs both on virgin soils and on old-tillage soils.

Ключевые слова: трещинообразование; черноземы южные; деградация почв.

Keywords: cracking; southern black soil; soil degradation.

Имеющиеся в научной литературе прогнозы о глобальном потеплении климата в наступившем веке предполагают, что в странах аридного пояса ожидается учащение засух, особенно до 2030 г. Дальнейшая аридизация суши будет оказывать прямое влияние на направленность почвообразовательного процесса. Так как, изменение показателей гидротермического режима почвенного покрова негативно отразится на органо-минеральном составе твердой фазы почвы. При этом могут произойти необратимые процессы в составе почвенного раствора. Изменение состава почвенного раствора окажет непосредственное воздействие на свойства генетических горизонтов. Сложившаяся экстремальная ситуация обострит антропогенную нагрузку на  пахотные почвы. При этом, в первую очередь, в этих почвах происходит изменение гумусного состояния, что, в свою очередь будет негативно отражено на всех свойствах и режимах почв.

На северо-востоке Казахстана в 60-70-е годы прошлого столетия, как и на всех пахотных почвах севера, была внедрена зернопаровая система земледелия, которая широко применяется в настоящее время и на южных карбонатных черноземах.

На этих почвах отмечается ряд негативных явлений, таких как увеличение солонцовых пятен, интенсивное трещинообразование, глубокое проникновение трещин в профиль почвы, ухудшение продуктивности полей и другое.

В этой связи, установление причин трещинообразования и разработка приемов восстановления плодородия южных карбонатных черноземов северо-востока Казахстана, является актуальной проблемой в обеспечении экологической и продовольственной безопасности региона.

Состояние изученности вопроса.

С уровнем плодородия почвы связано получение высоких урожаев зерновых культур в условиях степной зоны северо-востока. Но оно напрямую зависит от показателей основных элементов плодородия пахотных почв, давности их освоения, правильности агротехнологии и выраженности деградационных процессов.

Поэтому, изучение факторов и причин деградации черноземных почв под влиянием природной и антропогенной нагрузки позволяет предвидеть направленность почвообразования и служить основой для теоретических и прикладных разработок, обеспечивающих сохранение плодородия почв.

В связи с освоением целинных и залежных земель Северного Казахстана, были проведены масштабные исследования почв [7, с. 184; 12, с. 751; 3, с. 385]. К.П.Горшенин, изучая черноземы сибирских провинций, пришел к выводу, что в отличие от европейских, они не имеют сплошное распространение, часто входят в комплексы с другими почвами, отличаются языковатостью и трещиноватостью, слабо оструктурены [4, с. 359].  Гумусовые затеки (языки) по трещинам достигают 90-110 см, чередуясь с заклинками породы. Заклинки породы имеют ширину 15-20 см, иногда в виде отдельных выступов подходят (до 5 см) к поверхности или даже выходят на поверхность почвы. Очевидно, это является следствием промерзания сильно увлажненного грунта, когда может происходить его выпирание отдельными участками по образующимся при этом трещинам в почве.

На планете трещиноватые почвы имеют широкое распространение, особенно много их в Евразии и Африке, и приурочены в основном к семиаридным областям субтропического пояса. В зависимости от принятых классификаций они называются по разному. По классификации ФАО основанной на «7ое приближение» (США) этих почв называют вертисолями, в Марокко они названы – тирсами, в Индии – регурами, в Болгарии – смолницами.

Имеющаяся информация о трещинообразовании в почвах Республики Казахстан свидетельствует о том, что она в основном приурочена к черноземам и каштановым почвам.

Еще в первой половине прошлого столетия В.Р.Вильямс установил, что естественная деградация черноземов приурочена к южным районам степной зоны [2, с. 568]. При этом он указывал, что начавшаяся деградация чернозема негативно влияет на его водный режим. В малогумусный бесструктурный чернозем вода впитывается очень медленно и в ограниченных количествах. Она не может проникнуть глубоко.

Не проникающая в почву атмосферная вода большей частью стекает по ее поверхности. Не успевающая просочится в почву, вода стекает в глубокие трещины иссушенной почвы. В результате чего, в профиле этих почв создаются разные условия временного увлажнения, которые будут оказывать прямое влияние на протекание процесса почвообразования в различных направлениях в толще черноземных почв.

По заключениям ряда исследователей,  трещины возникают и развиваются под влиянием дифференциации минералогического, гранулометрического, гумусного, химического, солевого составов и свойств генетических горизонтов и всего профиля почв [13, с. 80; 6, с. 264; 11, с.48].

По наблюдениям К.А.Байканова в условиях Акмолинской области в сухой летний период на учетной площадке 100 м²  обнаружено трещин от 0,4 до 1,51 м² [1, с. 59].  На целине трещин было еще больше, они здесь были несколько шире и образовались в виде многоугольников.

Распашка и уничтожение естественной растительности, нарушение равновесия экосистемы ускоряют дальнейшую деградацию черноземов. При этом наряду с другими негативными явлениями в свойствах и режимах происходит разрушение гумусовых веществ. Это в свою очередь приводит к постепенному накоплению в почве значительного количества водорастворимых солей. При подсыхании черноземы разрываются на глыбы, трещинами шириной до 5-8 см, глубиной от 0,5 до 1,0 метра.

Исследованиями многих ученых установлено, что длительное земледельческое использование черноземов приводит к значительному снижению содержания гумуса, а это, в свою очередь, отражается на уменьшении емкости обменного поглощения.  [8, с. 794; 9, с. 43; 5, с. 21; 10, с.434].

Краткий обзор литературных источников показывает, что происходит ухудшение плодородия черноземов в результате использования их в земледелии. Но одной из причин деградации черноземов является трещинообразование, как естественный и антропогенный фактор.

Объект и методика исследований.

Объекты исследований: антропогенно-деградированные южные карбонатные черноземы северо-востока Казахстана.

Цель: установить причинно-следственные связи проявления и развития процесса трещинообразования в черноземах южных карбонатных и разработать научно-обоснованные приемы, упреждающие его проявления и ускоренного восстановлен

ия их плодородия.

Задачи:

1. Определение причин, способствующих образованию трещин в целинных и старопахотных южных карбонатных черноземах;
2. Проведение полевых опытов по выявлению причин, приводящих к трещинообразованию в профилях целинных и пахотных черноземов южных карбонатных;
3. Разработка региональных приемов агротехнологии, повышающих устойчивость пахотных южных карбонатных черноземов северо-востока Казахстана.

Для достижения поставленной цели и выполнения задач в условиях южных карбонатных черноземов Павлодарской области, на территории Иртышского опытного хозяйства в 2006-2009 гг. были заложены полевые опыты по следующей схеме:

1. Пар традиционный, 4-5 механических безотвальных обработок (контроль)
2. Пар сидеральный, после укоса зеленной массы 2-3 механические обработки
3. Пар нулевой, химический (гербицидные обработки по мере появления сорняков)
4. Бессменная яровая пшеница с 1991 по 2005 года убиралась с использованием очесывателя МОН-4

Абсолютным контролем служил участок целины.

Ранневесеннее закрытие влаги проводили игольчатыми боронами БИГ-3.

По парам посев проводился дисковой сеялкой «CRUCIANELLI Pionezza 2131» на глубину 6-7 см.

Предпосевная обработка почвы по стерне после пшеницы первого года после пара осуществлялась сеялками СЗС-2,1 на глубину 5-6 см. Норма высева семян яровой пшеницы 110 кг/га.

Площадь делянок  20*50=1000 м². Повторность опыта четырехкратная.

Перед постановкой полевых опытов для определения типичности участка по отношению к изучаемому вопросу, т.е. проявлению трещиноватости, были заложены серии разрезов. При наличии однородности описываемых профилей один из них использовался в качестве опорного. После морфогенетического описания почвенного профиля определялась плотность сложения по генетическим горизонтам и отбирались образцы почв для лабораторного анализа.

На участках были сооружены траншеи для взятия монолитов почв и оборудованы приборами для измерения температуры почвы. В отобранных монолитах были изучены физические и физико-химические свойства.

В образцах почв определены:

• влажность почвы – термостатно-весовым методом;
• температура почвы – почвенным термометром по слоям 0-10; 10-20; 20-30; 30-50; 50-75; 75-100;
• плотность сложения – методом режущего кольца;
• плотность твердой фазы почвы – пикнометрическим методом;
• общая порозность – расчетным путем;
• общий гумус – по И.В.Тюрину;
• гранулометрический состав – пипеточным методом;
• CO₂ карбонатов – газометрическим методом;
• сумма поглощенных оснований – по Е.В.Бобко, Д.А.Аскинази в модификации П.Г.Гробарова и З.А.Уваровой;
• валовый фосфор – по К.Е.Гинзбург, Г.М.Щегловой;
• подвижный фосфор обменный калий – по Б.П.Мачигину;
• анализ водной вытяжки – по методу К.К.Гедройца.

Учеты и наблюдения.

Наблюдения за динамикой влажности почвы на глубину до 1 м, трещиноватостью – измерением глубины и ширины трещин проводились в 3 срока: перед посевом, в критические периоды культур к влажности почвы, в период уборки культур.

Наблюдения за динамикой температуры велись в оборудованных траншеях, где были установлены почвенные термометры на глубины 30; 50; 75; 100 см; до глубины 30 см температура почвы определялась с глубин 0-10; 10-20 см с поверхности в 13.00 часов, подекадно.

Определение плотности сложения на опытах и целинном участке проводились в одни сроки перед посевом и уборки культур на глубину до 100 см, через каждые 10 см в трех точках на двух несмежных повторностях опыта.

Подсчет густоты стояния растений производился путем наложения метровок в трех местах на двух несмежных повторностях опыта.

Урожайность культур определялась отбором снопов с 1 м²  в трех местах делянок на всех повторностях опыта.

Результаты и обсуждение.

На целинном участке растительность представлена типчаково-ковыльной группировкой с небольшими участием разнотравья. Основу травостоя составляет типчак и красный ковыль. Из разнотравья встречаются шалфей степной, гвоздичка узколистная, чабрец, полынь селийная, и вейничная, молочай Сегнера, отдельные экземпляры кермека Гмелина, мятлик луговой. Проективное покрытие 60-65%. Бурно вскипает от HCl с 30 см глубины.

Весеннее изучение трещинообразования на целинном участке чернозема южного карбонатного за три года показало, что весной сохраняются трещины прошлых лет, которые имеют ширину от 1,5-3,0 до 4,0-6,0 см, глубину от 10-22 до 45-50 см (рисунок 1, 2)

Рисунок 1.                                                   Рисунок 2.

         Трещины прошлых лет                            Трещины осеннего срока

Поверхность почвы разделена на отдельности полигональной формы площадью от 0,6-1,5 до 2,0-15 м². К летнему сроку определения образования новых трещин и щелей на целинном участке не были обнаружены. Но имевшиеся трещины и щели увеличивали глубину распространения вниз по профилю по сравнению с весенними измерениями до 60-100 см.

Размеры трещин и щелей в ширину имели тенденцию к увеличению. Во время осенних осадков наблюдается сближение трещин, но полное их смыкание не происходит.

Образовавшиеся трещины оказывают огромное влияние на направленность естественного процесса почвообразования целинных южных карбонатных черноземов. Как известно, эти черноземы характеризуются плотностью сложения профиля, из-за чего перераспределение влаги напрямую зависит от характера трещин. Отдельные клумбы, образовавшиеся из-за трещин, обладают плохой водопроницаемостью, поэтому талые и дождевые воды “проваливаются” в трещины, и основная масса почвы остается без влаги. Попавшая в трещины вода при повышении температуры воздуха быстро испаряется с открытых стенок трещин и щелей.

Поэтому трещинообразование является главным фактором в естественной деградации целинных южных карбонатных черноземов северо-востока Казахстана.

В весенний срок определения трещинообразования в пахотных почвах перед предпосевной обработкой почвы, самые заметные трещины наблюдались на традиционном паре (рисунок 3). Ширина трещин составляла от 0,5-0,7 до 2,5-3,0 см, глубина от 12-15 до 19-22 см. Поверхность разделена на отдельности, площадью 0,4-0,8 м², которые в свою очередь разделены мелкими трещинами на отдельности, площадью 0,2-0,4 м².

Рисунок 3. Трещины на поверхности почвы, где размещался традиционный пар (весна)

После нулевого пара почва была растрескана трещинами от 0,5-0,7 до 1,5-2,0 см в ширину и глубиной до 15-16см (рисунок 4). Поверхность также была разделена на отдельности площадью 0,1-0,13 до 0,27 м².

Рисунок 4. Трещины на поверхности почвы, где размещался нулевой пар (весна)

Наименее выраженное трещинообразование отмечено на поверхности почвы после сидерального пара, на котором оставалась мульча сидеральных культур. Были видны редкие трещины шириной 0,5-1,0 см, максимальная глубина которых составляла до 9-12 см.

На поле с применением орудия сплошного очеса МОН-4 трещин не наблюдалось, так как была проведена более ранняя механическая обработка почвы.

В летний срок на делянках под пшеницей первого года, после традиционного и нулевого пара, трещины составляли ширину 1,5-2,0 см, глубиной 35-40 см, после сидерального пара 0,8-1,0 см, глубиной 15-25 см (рисунок 5, 6).

Рисунок 5. Мульчирующий слой на поверхности почвы после сидерального пара  (весна)

Рисунок 6. Трещины под пшеницей 1 года, после МОН-4 (лето)

Особенно выраженное трещинообразование наблюдалось на варианте после МОН-4 (бессменной пшеницы), где вся поверхность почвы была покрыта трещинами шириной от 1,0-1,5 до 2,5-3-4 см, глубиной 25-43 см. Трещины соединяясь образовывали отдельности площадью 0,17 до 1,2 м² и более. Это объясняется с большим содержанием влаги в почве по сравнению с другими вариантами, так как после очесывания стебли пшеницы сохраняются в поле почти полностью и зимой происходит хорошее снегозадержание. Избыточное количество влаги способствует набуханию легкоглинистых почв, по мере иссушения летом происходит быстрая усадка, приводящая к образованию трещин.

Заключение.

• Установлено, что образование трещин и щелей происходит как на целинных, так и на старопахотных почвах. Ширина трещин при этом колеблется от нескольких миллиметров до 3-5 и 7-8 см и глубина их доходит весной от 22 до 35 см, летом доходит до 45-85 см.
• Трещины прошлых лет на целинных южных черноземах сохраняются на поверхности почвы, способствуя ускорению деградационных процессов путем “проваливания” талых и атмосферных вод в щели не давая им впитываться в почвенную толщу.
• В летний период трещинообразование выражено на варианте после МОН-4, где вся поверхность почвы растрескана трещинами шириной от 1,0-1,5 до 2,5-3-4 см, глубиной от 25 до 43 см. Трещины соединяясь образуют отдельности площадью 0,17 до 1,2 м² и более.
• Очень незначительные трещины образовались после сидерального пара, где оставалась мульча сидеральных культур, в сравнении с поверхностью почвы после традиционного и нулевого пара.

Список литературы:

1. Байтканов К.А. О языковатости южных карбонатных черноземов Акмолинской области//Труды КазСХИ. Серия агрономич., 1960. – т. 8. – Вып. 4. – с. 59-61
2. Вильямс В.Р. Собрание сочинений: том 3. Земледелие/В.Р.Вильямс. -  Сельхозиздат, 1949. – С. 568
3. Глазовская М.А. Почвы Казахстана. / Очерки по физической географии Казахстана – Алма-Ата, 1952. –385 С.
4. Горшенин К.П. Почва черноземной полосы Западной Сибири/К.П.Горшенин. Омск.:  Омгосполиграф , 1927–359 с.
5. Кашкин А.М. Запасы, состав и свойства южных карбонатных черноземов Целиноградской области/Автореферат, кандидатская диссерт. – М.: 1975. – с. 21
6. Кин Б.А. Физические свойства почвы. Перевод с английского В.П.Жузе и И.Ю.Нелидова. М.; Л.: Изд-во ТТТИ, 1933. – с. 264
7. Ковда В.А. Почвенный покров – его улучшение, использование  охрана. М.: Наука, 1981. –184 с.
8. Когут Б.М. Трансформация гумусного состояния при их сельскохозяйственном использовании//Почвоведение. – 1998. – № 7. – с. 794-802
9. Лукин Л.Ю. Влияние применения удобрений на гумусное состояние чернозема типичного//Агрохимия. –  2002. – № 3. – с. 43-47
10. Мухаметкаримов К. Изменение агрохимических и физико-химических свойств южных черноземов при длительном сельскохозяйственном использовании//Материалы межд.конф.  «Народ. хоз-во Западного Каз. Состояние и перспективы развития» посвящ. году России в Казахстане и 50-лет освоения целин. и залеж.земель – Уральск, 2004.- с. 434
11. Неуструев С.С. Почвы Туркестанского края. – 1937. – С. 48-52
12. Полынов Б.Б. Избранные труды – М.: Изд-во АН СССР, 1956. –751 с.
13. Терцаги К. Основание механики грунтов. –  М. Геолразведиз-дат, 1932. –80 с.