Введение. Долговременное использование и сохранение плодородия торфяных почв возможно лишь при всестороннем учете их особенностей и изменений как положительных, так и отрицательных, которыми сопровождаются процессы осушения и возделывания различных сельскохозяйственных культур [1]. Изучив процессы, которые происходят с торфяными почвами при их сельскохозяйственном использовании, можно предотвратить те ошибки, которые характерны для мелиоративной практики прошлых лет. В дальнейшем с помощью полученных экспериментальных данных можно моделировать процессы влияния осушения и сельскохозяйственного использования на состав и свойства торфяных почв [2].До проведения осушительных мелиораций развитие торфяных почв и характер изменения агрохимических показателей определяются природными факторами, но после осушения большее значение приобретают антропогенные. Среди них выделяются режим осушения, характер и сроки использования мелиорируемых земель [3].Большое значение для установления последствий осушения и сельскохозяйственного использования на свойства торфяных почв имели исследования на мелиоративных системах Белоруссии [4], Нечерноземной зоны России [5, 6], Республики Коми [7], Карелии [8], Барабинской низменности [9], Западной Сибири [10].На обширную и разнообразную по природным условиям территорию Северного Зауралья, в том числе Тюменскую область, нельзя механически переносить способы осушения и сельскохозяйственного использования, разработанные для других регионов. Динамика почвенных процессов различна не только в пределах регионов, она часто не одинакова и для отдельных даже однотипных массивов [11, 12].Северное Зауралье имеет свои региональные особенности, которые нужно учитывать при проектировании и строительстве мелиоративных систем [13]. Нужен всесторонний подход к свойствам торфяных почв и применению мероприятий по улучшению их плодородия. При проектировании мелиоративной системы необходимо заострить внимание на параметры, которые будут изменены в результате мелиорации. В настоящее же время инженерный расчет строится на материалах изысканий по свойствам почв в домелиоративный период. Поэтому переход проектирования на новый качественный уровень подразумевает повышение требований к мелиоративному прогнозу [14]. Многие вопросы этой проблемы требуют дальнейшего изучения применительно для условий Северного Зауралья.Цель исследования – изучить агрохимические свойства торфяных почв Северного Зауралья и их трансформацию под влиянием осушения и сельскохозяйственного использования.Материал и методы исследования. Исследования проводились на низинных болотах подтаежной зоны (Ернякуль, Усальское-обьект Усалка) и северной лесостепи (Тарманское-обьект Решетниково) в 1973–2013 гг.Болото Ернякуль площадью 11 тыс. га расположено в Юргинском районе на водоразделе рек Тобол и Вагай, который в геоморфологическом отношении представляет собой аккумулятивную четвертичную равнину. Территория данного геоморфологического уровня сильно заболочена, ввиду слабой дренированности.Осушение проведено в 1969–1971 гг. на площади 2400 га сетью открытых каналов глубиной 1,5…1,7 м с расстоянием между ними 200 и 400 м. Магистральный канал осушительной системы глубиной 2,5 м впадает в р. Илиней. В 1987–1990 гг. осуществлена реконструкция мелиоративной системы, направленная на повышение эффективности регулирующей и проводящей сети. На болоте определяли агрохимические свойства среднемощной торфяной почвы, растениями-торфообразователями которой были осоки, тростник, гипнум и др. Широкое распространение тростника как торфообразователя указывает на существование в прошлом водоема на месте болота.Болото Усальское залегает на второй надпойменной озерно-аллювиальной террасе левобережья реки Тобол. Опытный дренажный участок Усалка составляет часть осушительной системы площадью 1300 га, водосбор которой занимает восточную окраину болота Усальское. Исследования проводили на участке гончарного дренажа, заложенного с параметрами: глубина 1,5 м, междренное расстояние – 30 м. Мощность торфяной залежи 1,5 м; основные торфообразователи – гипновые мхи, осоки, тростник. Степень разложения торфа находится в пределах 35…40 % в верхних горизонтах (0…0,4 м), в нижних 10…20%.Опытно-экспериментальная мелиоративная система Решетниково расположена в Тюменском районе в центральной части Тарманского болотного массива, занимающего площадь 125,8 тыс. га на второй надпойменной озерно-аллювиальной террасе реки Туры.Общая площадь системы 278 га, из которых 60 га осушаются гончарным дренажем с различными параметрами заложения: глубина от 0,9 до 1,8 м, расстояние между дренами от 8 до 40 м. Остальная часть осушается открытыми каналами с расстоянием между ними 100…250 м. Опытный дренажный участок Решетниково осушается гончарным дренажом с междренным расстоянием 24 м и глубиной заложения 1,5 м.На объекте Решетниково исследовались агрохимические свойства среднемощной торфяной почвы.Растениями-торфообразователями были осоки, тростник, гипнум и др.Перед залужением многолетними травами (кострецом безостым и овсяницей луговой) на всех опытных участках возделывались однолетние культуры (овес и озимая рожь на зеленый корм).Первичная обработка почвы на болотах Ернякуль и Усальское состояла из вспашки кустарниково-болотными плугами ПБН-100 на глубину 25…30 см с последующей разделкой пласта фрезами типа ФБН, дисковой бороной и прикатыванием тяжелыми водоналивными катками. На опытном участке Решетниково кустарниково-болотную растительность уничтожали машинами МТП-42 на глубину 30 см. Предпосевная обработка почвы на всех участках включала двух-, трехкратное дискование и прикатывание.Образцы почвы на агрохимические анализы отбирали в конце вегетационного периода. Для этого закладывали полноразмерные разрезы до подстилающей торфяную залежь минеральной породы.Результаты исследования и их обсуждение. В результате проведенных нами многолетних исследований установлено, что торфяная почва на болоте Ернякуль в первые годы освоения имеет близкую к нейтральной реакцию среды в пахотном (0,2 м) слое и относительно высокую гидролитическую кислотность по всем горизонтам почвенного профиля. Результаты анализов показывают, что почва осваиваемого болота имеет высокую емкость поглощения и сравнительно низкую степень насыщенности основаниями (табл.1).1. Изменение агрохимических свойств среднемощной торфяной почвы под кормовыми культурами(Ернякуль)                     Глубина, мрН(солевой)ГКSTV,%мг- экв/100 г абсол. сухой почвы  Перед закладкой опыта0-0,26,221,2106,0127,284,50,2-0,45,828,5116,0144,580,30,4-0,65,831,5108,0139,577,40,6-0,85,727,0152,0179,084,90,8-1,05,622,5112,0134,583,31,0-1,25,635,4116,0151,476,61,2-1,46,024,096,0120,080,0Через 15 лет 0-0,25,627,5112,8140,380,40,2-0,45,434,4107,0141,475,70,4-0,65,437,8117,8155,675,70,6-0,85,439,6112,0151,673,90,8-1,05,436,197,0133,172,91,0-1,25,237,881,0118,868,4Через 21 год0-0,25,252,596,9149,476,40,2-0,45,442,0100,3142,377,80,4-0,65,340,594,6135,177,50,6-0,85,242,082,5124,576,20,8-1,05,443,593,2136,774,21,0-1,25,08,026,134,176,6Через 40 лет0-0,25,633,0100,0133,075,20,2-0,45,441,090,0131,068,70,4-0,65,438,076,1114,166,70,6-0,85,437,084,0121,069,40,8-1,05,236,191,7127,871,7В результате длительного сельскохозяйственного использования среднемощной торфяной почвы под кормовые культуры (однолетние и многолетние травы) существенно возросла обменная и гидролитическая кислотность, особенно в пахотном слое. Основными причинами являются: невосполняемый вынос обменных оснований с урожаем возделываемых культур; внесение физиологически кислых минеральных удобрений; создание промывного типа водного режима за счет интенсивного осушения (УГВ 0,9…1,2 м). Подтверждением тому является значительное (на 7,4…19,7 %) снижение степени насыщенности основаниями.Полученные данные позволяют сделать предположение о целесообразности проведения известкования. Для получения научно обоснованных выводов по эффективности известкования необходима закладка полевых опытов.Значительное влияние на кислотные свойства почв оказывает содержание в них обменных кальция и магния. Основной источник этих элементов для торфяных почв – грунтовые воды, обогащенные основаниями (Са2+ – 0,125, Мg2+ – 0,08 %). До мелиорации торфяных болот круговорот Са2+ и Мg2+ происходит по замкнутой линии. Жесткие грунтовые воды систематически пополняют содержание этих элементов. Низкие урожаи естественной рас ительности используют их мало. Урожай не отчуждается. Кальций и магний, используемые растениями, возвращаются почве. На осушенных торфяных почвах продукция растениеводства почти полностью отчуждается, а вместе с ней масса кальция и магния. В результате осушения и сельскохозяйственного использования естественный биохимический круговорот веществ в болотах нарушается. Они перестают существовать как относительно замкнутые, дискретные системы с положительным балансом органического вещества и энергии.Нашими исследованиями установлено, что длительное сельскохозяйственное использование торфяных почв ведет к заметному снижению содержания кальция и магния. Через 35 лет в корнеобитаемом (0,4 м) слое торфа содержание Са2+ снизилось в 1,5 раза, Мg2+ – в 1,4 раза (табл. 2).2. Содержание обменных оснований в среднемощной торфяной почве (Ернякуль), мг – экв/100 г абсол. сухой почвы  Глубина,мКальцийМагнийПеред заклад. опыта Через 21 г.Через 35 летПеред заклад. опыта Через 21 г.Через 35 лет 0-0,20,300,200,180,160,120,140,2-0,40,400,240,200,160,150,160,4-0,60,200,19 0,340,160,140,180,6-0,80,300,220,300,110,090,150,8-1,00,300,200,310,110,060,13Следует отметить, что основные изменения агрохимических свойств торфяной почвы произошли в годы интенсивного использования минеральных удобрений. На протяжении практически 20 лет ежегодно вносили NPK по 60…90 кг д.в./га. Последние годы удобрения не применяются и многолетние травы не скашиваются. В результате агрохимические свойства почвы остаются относительно стабильными.Влияние режима осушения и физиологически кислых минеральных удобрений на агрохимические свойства среднемощной торфяной почвы подтвердилось нами на болоте Усалка. Здесь грунтовые воды находились на глубине 0,6…0,9 м в течение вегетации, что в полтора раза выше к поверхности, чем на болоте Ернякуль. Минеральные удобрения под многолетние травы за весь период наблюдений вносили только два раза (NPK по 60 кг д.в./га) первые 5 лет после строительства закрытого дренажа на опытном участке. При низком содержании питательных веществ урожайность сена не превышала 1,5…2 т/га, что в 3…4 раза меньше, чем на болоте Ернякуль. Установлено, что через 35 лет обменная кислотность значительно увеличилась (на 0,5…0,6 рН ед.) только корнеобитаемом слое.Вниз по профилю почвы она оставалась практически на исходном уровне. Величина гидролитической кислотности увеличилась на 7,2 мг-экв/100 г почвы(27,9 %) только в слое 0,2 м (табл. 3).3. Агрохимические свойства среднемощной торфяной почвы под кормовыми культурами (Усалка)Глубина, мрН (солевой)ГКSTV,%мг- экв/100 г абсол. сухой почвыПеред закладкой опыта0-0,26,425,896,0121,879,80,2-0,46,451,286,8138,062,90,4-0,65,951,296,2147,462,30,6-0,85,976,890,3167,154,00,8-1,05,776,886,8163,653,1Через 35 лет 0-0,25,833,077,4110,470.10,2-0,45,951,390,0141,363,70,4-0,66,048,9 76,0124,960,80,6-0,86,071,584,1155,654,00,8-1,05,670,088,4158,455,8 В корнеобитаемом слое почвы значительно сократилось содержание обменных оснований. Вниз по профилю почвы их количество осталось близким к исходному состоянию. Степень насыщенности основаниями практически не изменилось, за исключением пахотного слоя, где она уменьшалась на 9,7 %. Полученные результаты на двух объектах, расположенных в одной подтаежной зоне, позволяют сделать практические выводы. Прежде всего, при мелком осушении (0,6…0,9 м) и низкой урожайности многолетних трав обеспечивается относительно высокая стабильность агрохимических свойств торфяной почвы. Аналогичные результаты получены нами в лизиметрах с глубиной грунтовых вод от 0,5 до 1 м, где показатели влажности торфа различаются мало и агрохимические свойства изменяются незначительно.Изменение агрохимических свойств торфяной почвы под кормовыми культурами идет более активно при глубоком залегании грунтовых вод (табл. 4).4. Агрохимические свойства среднемощной торфяной почвы под кормовыми культурами (Решетниково)Глубина, м рН(солевой)ГКSTV,%мг- экв/100 г абсол. сухой почвыПеред закладкой опыты 0-0,25,928,186,7114,875,50,2-0,45,429,577,2106,772,40,4-0,65,236,869,4106,265,30,6-0,85,340,865,8106,661,70,8-1,05,633,4100,7134,175,11-1,25,633,478,5111,970,1Через 8 лет 0-0,25,134,484,1118,571,00,2-0,45,129,296,0125,276,70,4-0,65,236,176,4112,567,90,6-0,85,136,175,2111,367,60,8-1,05,136,186,2122,370.51-1,25,239,678,4118,066,4Через 13 лет 0-0,25,134,972,0106,967,30,2-0,45,331,775,5107,270,40,4-0,65,238,065,0103,063,10,6-0,85,044,464,3108,759,10,8-1,05,241,288,4129,668,21-1,25,238,074,7112,766,3Через 27 лет 0-0,25,036,670,0106,665,70,2-0,45,230,458,088,465,60,4-0,65,337,557,094,560,30,6-0,85,240,280,0120,266,50,8-1,05,238,693,0131,670,71-1,25,438,883,2122,0 68,2 На опытном участке Решетниково в течение вегетационного периода уровень грунтовых вод находился на глубине 1,2…1,6 м. Трансформация агрохимических свойств отмечена по всей почвенной толще, но наиболее заметно в пахотном слое, испытывающем максимальное воздействие агротехнических приемов. Обменная кислотность в этом слое увеличилась на 0,8 ед. рН в первые 8 лет с момента закладки опыта. В последующие 19 лет она практически не изменилась. Последнее определение обменной кислотности проведено через 27 лет. На эту дату кислотность в пахотном слое возросла на 18 % по сравнению с исходной.Аналогичный процесс происходит с гидролитической кислотностью. Она существенно увеличилась в пахотном слое (на 6,8 мг-экв/100 г почвы – 24,2 %) в первые годы после осушения и выращивания однолетних и многолетних трав. В этот период (13 лет) ежегодно вносились минеральные удобрения полной нормой – NPK по 60…90 кг д.в./га. При экстенсивном использовании осушаемых торфяных почв в последующие годы гидролитическая кислотность оставалась практически на том же уровне. Это дает возможность утверждать о существенной роли физиологически кислых минеральных удобрений на величину гидролитической кислотности. При этом следует отметить, что уровень залегания грунтовых вод за весь период исследований значительно не изменился. На объекте Решетниково скорость подкисления оказалась примерно в 1,5 раза выше, чем при менее интенсивном осушении (0,9…1,2) на болоте Ернякуль.Сумма и степень насыщенности основаниями постепенно снижались на протяжении всего 27-летнего периода исследования. Для суммы обменных оснований в пахотном слое уменьшение составило 23,8 %, степени насыщенности основаниями – 14,9 % к исходному значению. Одной из важных причин является вынос обменных оснований с урожаем многолетних трав. В частности, в среднем за 13 лет урожайность сена многолетних трав составила 1,89 т/га без удобрений, на фоне N60P90K90 – 6,73 т/га. За этот период вынос кальция составил 209,3 кг/га на контрольных делянках и 533,7 кг на удобренных.В связи со значительным снижением суммы обменных оснований по всему профилю почвы (8,4 %) уменьшилась общая емкость поглощения (2,9 %).Выводы1. Торфа низинных болот подтаежной зоны и северной лесостепи Северного Зауралья в естественном состоянии имеют близкую к нейтральной реакцию почвенной среды (рНсол. 6,2…6,4) в верхней части залежи, относительно высокую гидролитическую кислотность (21,2…28,1 мг-экв/100 г почвы) и емкость поглощения (114,8…127,2 мг-экв/100 г почвы), сравнительно низкую степень насыщенности основаниями (75,5…84,5). 2. Агрохимические свойства торфяных почв имеют временной характер и изменяются в зависимости от интенсивности воздействия многих факторов, определяющих развитие почв. До проведения осушения характер изменения агрохимических свойств торфов определяется природными факторами, среди которых важную роль играют геоморфологические условия залегания болота и химический состав грунтовых вод. 3. Длительное сельскохозяйственное использование торфяных почв, внесение высоких доз минеральных удобрений приводит к увеличению обменной (0,6…0,9 ед. рН) и гидролитической кислотности (7,2…11,8 мг-экв/100 г почвы), снижению емкости катионного обмена (7,9…11,4 мг-экв/100 г почвы) и степени насыщенности основаниями на 9,7…12,2 %. 4. Основной источник обменных оснований для торфяных почв – грунтовые воды, содержащие Са2+ – 0,125 %, Mg2+ – 0,08 %. В результате выноса с урожаем кормовых культур через 35 лет в торфяных почвах содержание Са2+ в слое 0,4 м снизилось в 1,5 раза, Мg2+ – в 1,4 раза. 5. Агрохимические свойства торфяной почвы при мелком осушении (УГВ 0,5…1 м) остаются достаточно стабильными. Глубокое залегание грунтовых вод (1,2…1,6 м) в течение вегетационного периода обеспечивает трансформацию агрохимических свойств по всей почвенной толще, но наиболее активно в пахотном слое: через 8 лет обменная кислотность увеличилась на 0,8 ед. рН, гидролитическая кислотность – на 6,8 мг-экв/100 г почвы (24,2 %), сумма обменных оснований уменьшилась на 3 %, степень насыщенности основаниями – на 6 % к исходному значению.