УДК 631 Общие вопросы сельского хозяйства
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 110000 СЕЛЬСКОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Рассмотрены генезис – мелиоративные особенности западносибирских чернозёмов, как объектов мелиорации, которые сформировались в сложных природно-климатических условиях, являются молодыми экологическими почвами, но «легкоранимыми» при орошении. Находясь в Северном полушарии с пульсирующим увеличением аридизации в многовековых циклах для сохранения и улучшения плодородия нуждающихся в орошении, дополнительно к атмосферным осадкам.
чернозём, генезис почв, мелиорация, классификация и диагностика почв, эволюция почв, зона аэрации, автоморфность, орошение, содоустойчивость почв, ирригационный режим
Русский чернозём, по словам В.В. Докучаева [1] «составляет коренное, ни с чем не сравнимое богатство России» и который «дороже всякой нефти, всякого каменного угля, дороже золотых и железных руд» [2]. В формировании чернозёма – как природного тела на фоне громадного значения для него, кроме климата, растительности, материнских пород, страны (авт. утеч. Для нас- Западной Сибири) играет его мощность и отношение к рельефу местности [3].
Большое разнообразие чернозёмов Западной Сибири, не смотря на 100-летнее их изучение и анализ научных материалов ведущими почвоведами страны в прошлом и настоящем, знания о чернозёмах Западной Сибири всё ещё недостаточны для познания генетико-эволюционного чернозёмообразования в резко континентальных климатических условиях Сибири [4;5].
Чернозёму, как наиценнейшему достоянию России, необходимо особое отношение по сохранению их плодородия, с учетом эколого-экономической целесообразности при использовании их в сельскохозяйственном производстве. Особенно это актуально для Западной Сибири, территории находящейся в Северном полушарии с пульсирующим увеличением аридизации в многовековых циклах [6], территории со сложно-мозаичным почвообразованием.
Для нормального функционирования, сохранения, улучшения плодородия и рационального использования чернозёмов В.В. Докучаев в книге «Наши степи прежде и теперь [7] обозначил орошение, как одно из звеньев в системе мер оздоровления степного земледелия, указывал, при этом необходимость внимательного отношении к их орошению.
Материалы и методы
Чернозёмы, как объект мелиорации, закономерно необходимо абстрагировать от чернозёмных почв, порой относящихся в совокупности к чернозёмам, но имеющие другие не автоморфные природно-климатические свойства на пример полугидроморфные лугово-чернозёмные почвы.
Чернозёмы – это несомненно автоморфные почвы атмосферного увлажнения с глубоким положением в почвенно-грунтовой толще горизонта грунтовых вод.
Капиллярная кайма над зеркалом грунтовых вод не достигает почвенного профиля.
В нашей стране в настоящее время параллельно используются две классификации почв: эколого-генетическая «Классификация и диагностика почв СССР.М:Колос,1977. 221с» и субстантивно-генетическая «Классификация и диагностика почв России.Смоленск:Ойкумена.2004.341с [8].
Для мелиоративного почвоведения очень важно проводить оценку почв на эколого-генетическом уровне, позволяющим диагностировать критерии почв в ландшафте и их показателей режимов. Поэтому в основе нашей работы – «Классификация и диагностика почв СССР, 1977г», с учётом «Классификации и диагностики почв Западной Сибири» [9].
В соответствии мелиоративного почвоведения важно рассматривать положение чернозёмов в генетической классификации почв на гидрологическом режиме, предложенном Г.Н.Высоцким, где чернозёмы представляют почвы непромывного водного режима с непромачиваемым «мертвым горизонтом» между почвенной толщей и грунтовыми водами [10].
Для западносибирско-казахстанской фаций выдерживается правило: лесостепные чернозёмы (чернозёмы типичные, чернозёмы выщелоченные, чернозёмы оподзоленные) – периодически промывной водный режим; степные чернозёмы (чернозёмы обыкновенные, чернозёмы южные) – непромывной водный режим [11]. Учитывая личный многолетний опыт и наличие фактического материала по диагностике и изученности эволюции почв Западной Сибири, отраженных в монографии «Почвы Новосибирской области» [12], считаем выделение чернозёмов типичных в данных природо-почвенных условиях Западной Сибири ошибочным.
Имеющие исследования и выводы о происхождении западносибирских чернозёмов в полной мере изложены в работе Н.И.Богданова «Особенности почвенного покрова и эволюции почв Западной Сибири, Омск, 1977.
Наибольшие площади чернозёмов отмечены на юге Омской области, на юге Ишимской степи и на Приобском плато. В отличии от европейских аналогов западносибирским чернозёмам характерны: маломощность, языковатость и трещеноватость, несколько понижающий запас гумуса, быстрое убывание количество гумуса вниз по профилю.
Приречные черноземы Приобского плато наиболее зернистые. Во всех почвах хорошо выражена микроагрегатность. В прошлом все лесостепные и степные западносибирские чернозёмы претерпели стадии осолонцевания и осолодения [4,12]. С точки зрения стадийного развития западносибирские чернозёмы относятся к молодым образованиям [4,13].
Рассматривая западносибирские чернозёмы, как объект мелиорации важно учитывать лессоводность материнских пород Приобья, обладающих слабой противоэрозионной устойчивостью, а также формирование чернозёмов в тесной эволюционной связи (сопряженности) с почвами гидроморфного и засоленного рядов развития.
В происхождении чернозёмов В.А. Ковда рассматривает наличие палеогидроморфизма [14], что особенно важно учитывать при вовлечении их в ирригационный режим.
Использование чернозёмов Западно-Сибирской равнины, как объекта орошения, на доскональных изыскательских (геологических, гидрогеологических, гидрологических, топографо-геодезических, почвенно-мелиоративных) и научных исследований началось в 1979 и в начале 1980 годах с целью обосновывающих материалов «Технико-экономического доклада переброски части стока сибирских рек в бассейн Аральского моря», а также же в 1985 г. «Увеличение водности реки Карасук и оз. Чаны» (с I очередью строительства с планированием орошения 63 тыс.га сельхозугодий, преимущественно чернозёмов). В записке для Минводхоза СССР, касающихся некоторых проблем орошения чернозёмов Западной Сибири [15], подготовленной директором института почвоведения и агрохимии СО АН СССР академиком В.В.Коптюгом и председателем СО ВАСХНИЛ академиком П.Л.Гончаровым отмечено, что «несмотря на расширяющиеся масштабы проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию оросительных систем на Западно-Сибирской равнине, научно-экспериментальное обоснование способов рационального использования и охраны чернозёмов на фоне орошения разработано недостаточно». При этом отметив необходимость с большой осторожностью относиться к проблеме орошения чернозёмов Западно-Сибирской равнины, отличающихся от европейских аналогов значительно худшими агромелиоративными качествами, глубоким промерзанием и медленным оттаиванием, к тому же весьма различными внутри региона. Одним из предложений в записке обозначена необходимость глубоких экспериментальных теоретических исследований чернозёмов Сибири на фоне орошения. В связи с этим институтом почвоведения и агрохимии СО АН СССР были проведены исследования региональных и провинциальных особенностей генетических и мелиоративных свойств западносибирских чернозёмов и характера их изменений при орошении (Северная Кулунда и Приобье). Результаты отражены в монографии «Чернозёмы свойства и особенности орошения» [16], где глубокопрофильные изучения физических и мелиоративных свойств чернозёмов показали неравноценность их ирригационных особенностей. В зависимости от состава и мощности четвертичных отложений, глубины залегания неоген-палеогеновых глин, особенностей литолого-гидрогеологического солевого профилей, водно-физических и тепловых свойств почвообразующих и подстилающих пород ландшафтно-экологической приуроченности чернозёмов, их разделили на семь мелиоративных групп. В пределах Северо-Кулундинской, Прииртышской и Барабинской равнин пригодные для орошения чернозёмы с благоприятными агромелиоративными свойствами не образуют крупных однородных массивов, а распространены локально – на гривах, плоских увалистых повышениях, разобщенной плохо дренированными межгривными понижениями с засоленными почвами и грунтовыми водами. Поэтому на западносибирских чернозёмах целесообразно раздавать только выборочное, очаговое орошение.
Выполненные эксперименты с исследованием химических и физико-химических составов и свойств орошаемых чернозёмов Приобья, а также водно-физических свойств и режимов чернозёмов Приобья, при орошении показали, что глубина увлажнения профиля легкосуглинистых чернозёмов при вегетационных поливах не должно превышать 40 см, а радикальный допустимый нижний предел предполивной влажности должен соответствовать 60% наименьшей влажности. На высоковлагоемких среднесуглинистых чернозёмах Приобья целесообразен прироохранный поливной режим с увлажнением 40-сантиметрового слоя в диапазоне 100-70% наименьшей влагоемкости. Норма вегетационных поливов на легко- и среднесуглинистых чернозёмах не должны прквышать 350 и 400 м3/га.
Наш многолетний научно-практический опыт природно-мелиоративной оценки почв Западно-Сибирского региона, большой объем фактического материала разномасштабных геолого-гидрологических, инженерно-геологических (М 1:25000; М 1:50000; М 1:200000) и почвенно-мелиоративных (М 1:5000; М 1:10000; М 1:100000) съемок выполненных, «Новосибирскгеологией», «Запсибгипроводхоз», стационарные исследования мелиоративных свойств чернозёмов ИПА СО РАН позволили выделить следующие интегральные критерии оценки мелиоративного состояния чернозёмов:
1 – водопроницаемость почвенно-грунтовой (мелиорируемой) толщи;
2- содоустойчивость пахотного слоя [17], что позволило подтвердить предположение о том, что мелиоративное состояние западносибирских чернозёмов находится в «хрупком» балансировании автоморфности. Введение в методологию мелиоративного почвоведения этих критериев, дополняющих общепринятые, позволяет выявить эколого-мелиоративный потенциал черноземов и в какой-то мере прогнозировать их реакцию на ирригацию, то есть возможности устойчивости к гидроморфизму и содопроявлению, а также устойчивости к антропогенным воздействиям (см. рис 1).
Мелиорируемая толща, в определении И.Н. Угланова [18], включает в себя: первый от поверхности водоупор, обводненную часть и зону аэрации надводоупорных пород, почвенно-мелиоративные комплексы. Она характеризуется показателями, позволяющими судить о протекающих в них процессах, обуславливающих мелиоративные условия территорий.
Следует отметить, что именно И.Н. Угланов показал, что мелиорируемая толща может состоять из отложений одного либо различного генезиса, возраста и состава. Поэтому в каждом конкретном случае их целесообразно рассматривать как самостоятельные мелиорируемые комплексы надводоупорной толщи, характеризующиеся определенными фильтрационными свойствами и обводненностью, определяющими процессы засоления – рассоления и другие физико-геологические характеристики.
Определение мелиоративной оценки территории на практике требует выполнения крупномасштабных гидрогеологических и инженерно-геологических исследований.
При анализе мелиорируемой толщи и причин возможного формирования верховодок, наличие которых может усугублять мелиоративные свойства чернозёмов. Наличие погребенных почв. Не упитывающихся при мелиоративной оценке чернозёмов (см. рис. 1), как фактор, создающий условия формирования «верховодок» и служащий диагностирующим признаком мелиоративного состояния чернозёмов. Естественно, в первую очередь интерес представляют погребенные почвы, близлежащие от дневной поверхности (4 – 8 -12 м) [17]. При нарушении естественного водного баланса в зоне аэрации, при избыточной инфильтрации ирригационных вод в силу своих специфических свойств погребенные почвы снижают водопроницаемость лессовидной мелиорируемой толщи Приобья.
На территориях с близким залеганием погребенных почв и других локальных водоупоров при ирригации в теле чернозёмов возникают очаги полугидро- и гидроморфного режима. Такие чернозёмы необходимо диагностировать и классифицировать как «ирригационно опасные чернозёмы» (до вовлечения в ирригационный режим) и как «ирригационно полугидроморфные – гидроморфные чернозёмы» (в ирригационном режиме).
Учет ирригационного гидроморфизма в естественной автоморфности чернозёмов приобретает особое значение, если учесть, что западносибирские чернозёмы – почвы палеогидроморфорного древнелугового прошлого, пережившие несколько циклов грунтового увлажнения [19, 20].
Водопроницаемость почвенно-грунтовой (мелиорируемой) толщи закономерно является одним из интегральных показателей природно-мелиоративного состояния чернозёмов и степени их потенциальной и кинетической гидроморфности.
Методология мелиоративной оценки чернозёмов кроме оценки водопроницаемости почвенно-грунтовой (мелиорируемой)толщи должна включать в себя оценку изменения свойств пахотного слоя, так как ухудшение его свойств может происходить и при благоприятном состоянии зоны аэрации в целом. Возможности выявления конкретного эколого-мелиоративного потенциала состояния в современных условиях крайне ограничена. В данной ситуации перспективен метод интегральной оценки гумусовых горизонтов (А+АВ) через показатель содоустойчивости почв, отражающий в целом весь процесс. Метод оценки содоустойчивости почв, разработанный В.П. Бобковым [21], основан на учете количества ионов СО32- , связываемых почвой из раствора соды. Позволяет определить всю сумму защитных свойств почв, противодействующих содовому засолению, и, как показали исследования М.Т. Устинова [16], определяет интегральную величину буферных свойств чернозёмов.
Систематические исследования (начиная с 1984 г) содоустойчивости почв показали, что выявление скрытых почвообразовательных процессов через показатель содоустойчивости почв эффективно в первую очередь на чернозёмах, так как в полугидроморфных и особенно в гидроморфных почвах негативные процессы, лимитирующие плодородие почв, как правило выражены ярче и диагностируются общепринятыми методами и критериями.
Чернозёмы Приобья имеют среднюю степень содоустойчивости (35,0 – 44,5 мг-экв/100г почвы) и, следовательно, несколько лучший эколого-мелиоративный потенциал. Чернозёмы обыкновенные, южные и особенно солонцеватые варианты имеют содовый показатель, чаще всего ниже 20 мг-экв/100г – это почвы с неудовлетворительной эколого-мелиоративной обстановкой, что требует особого подхода при принятии решения вовлечения их в ирригационный режим, и в первую очередь использование воды хорошего качества при орошении. Способность чернозёмов, выщелоченных и оподзоленных нейтрализовать соду в интервале 20 – 36 мг-экв/100г почвы обуславливает перевод их из категории почв хорошего качества (оценка по утвердившимся традиционным критериям) в разряд лишь с удовлетворительным эколого-мелиоративным потенциалом в качестве объекта мелиорации.
Выводы:
- В широком спектре чернозёмов России западносибирские чернозёмы занимают особое уникальное место.
- С точки зрения стадийного развития западносибирские чернозёмы относятся к молодым образованиям [4;13] являясь экологически чистыми почвами.
- Юго-восточной части Западной Сибири лессовые чернозёмы характеризуются двумя историко-эволюционными путями происхождения – палеоавтоморфным и палеогидроморфным. При внутри типовом классификационном делении целесообразно вычленить три генетико подтиповые пары – южные и обыкновенные как палеавтоморфные гумусово-карбонатно-аккумулятивные; выщелоченные и оподзоленные как палеоавтоморфные гумусово-иллювиально-карбонатные; солонцеватые и осолоделые как палелгидроморфные [5].
- Западносибирским чернозёмом в отличии от европейских аналогов характерны: маломощность гумусового профиля (А+АВ – 30-50 см), быстрое убывание количества гумуса вниз по профилю, языковатость и трещенноватость, хорошо выраженная микроагрегатность [4], «легкоранимость».
- Повышенная чувствительность к орошению обладают солонцеватые и осолоделые чернозёмы, минеральные и органические коллоиды которых в условиях дополнительного количества влаги легко вымывается из верхнего горизонта разрушаются [22].
- Рассматривая западносибирские чернозёмы как объект мелиорации важно учитывать лессовидность материнских пород Приобья, обладающих слабой противоэрозионной способностью (проявление ирригационной эрозии).
- Чернозёмы Приобья при орошении показали, что глубина увлажнения профиля легкосуглинистых чернозёмов при вегатационных поливах не должна превышать 40 см, а рациональный допустимый нижний предполивной влажности должен соответствовать 60% наименьшей влагоемкости. На высоковлагоемких среднесуглинистых чернозёмах Приобья целесообразен природоохранный поливной режим с увлажнением 40-сантиметрового слоя в диапазоне 100-70% наименьшей влагоемкости. Норма вегетационных поливов на легко- и среднесуглинистых чернозёмах не должна превышать 350 и 400 м3/га [16].
- Западносибирские чернозёмы находятся в «хрупком» балансировапнии автоморфности. Они «легкоранимы» от антропогенных воздействий, имея в основном слабую содоустойчивость 20 – 36 мг-экв/100г почвы и наличие в теле чернозёмов (в мелиорируемой толще – зоне аэрации) локальные водоупоры близкие от дневной поверхности (4-8-12 м), что необходимо учитывать при вовлечении их в ирригационный режим [17].
- Ландшафтно-экологическая приуроченность чернозёмов, локализовала их формирование на гривах, плоских увалистых повышениях, что обуславливает на них целесообразность развития только выборочного очагового орошения как дополнительного к атмосферным осадкам.
1. Докучаев В.В. Избранные сочинения. М.: Сельхозгиз. т.I. 1948-с-434.
2. Докучаев В.В. Сочинения. М., Л.: изд-во 1949 т3.
3. Докучаев В.В. Русский чернозем. С.-Петербург. Типография Деклерона и Евдокимова, 1883 г.
4. Богданов Н.И. Особенности почвенного покрова и эволюция почв Западной Сибири. Омск, картолитография ОМ СХИ, 1977 г.
5. Хмелев В.А. Лессовые чернозёмы Западной Сибири. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989.-2-1с.
6. Шнитников А.В. изменчивость общей увлажненности материков Северного полушария. - М.-Л: Изд. АН СССР, 1957.
7. Докучаев В.В. Наши степи прежде и теперь. СПб, 1892 г.
8. Безуглова О.С. Классификация почв. Учебное пособие. - Ростов н/д: изд-во ЮФУ, 2009-128с.
9. Классификация и диагностика почв Западной Сибири. ИПА СО АН СССР, «Запсибгипроводхоз» г. Новосибирск, 1979 г.
10. Высоцкий Г.Н. О глубокопочвенном (полнопочвенном) почвоведении.- Почвоведение, 1934, № 6.
11. Розов Н.Н., Самойлова Е.М., Полупан Н.И. Классификация чернозём. В кн.: Русский чернозём - 100 лет после Докучаева. М.: Наука, 1983.
12. Почвы Новосибирской области. Изд-во «Наука» СО, Новосибирск, 1966.
13. Ильин Р.С. Происхождение лёссов. М. «Наука», 1948.
14. Самойлова Е.М. Прохождение чернозёмов. В к.: Русский чернозём - 100 лет после Докучаева. М.: «Наука», 1983
15. Предложения по использованию чернозёмов Западно-Сибирской равнины как объекта орошения. А.С. № 15001.-09-1255 от 01.09.93./ИПА СО АН СССР, Новосибирск, 1983
16. Чернозёмы: свойства и особенности орошения /Панфилов В.П., Слесарев И.В., Сеньков А.А. и др.- Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. - 256с.
17. Устинов М.Т. Интегральные критерии оценки мелиоративного состояния чернозёмов Западной Сибири. // Сибирский экологический журнал, 3(2004) 321-328.
18. Угланов И.Н. Мелиорируемая толща почв и пород юга Западной Сибири, Новосибирск, Наука, Сиб. отд-ние, 1981.
19. Гаджиев И.М. Эволюция почв южной тайги Западной Сибири, Новосибирск, Наука, Сиб. Отд-ние, 1982.
20. Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана, М., Наука, 1081.
21. Бобков В.П. Почвоведение, 1968, 8, 65-73.
22. Базилевич Н.И., Кураков В.М., Шевченко Б.П, Почвенно-геохимические условия орошаемых и обводняемых почв центральной Барабы. // Мелиорация почв. Пущиха-на-Оке, 1973. С.54-74.
