Предсалаирье расположено в лесостепной зоне юго-восточной части Западной Сибири, представляя собой в геоморфологическом отношении холмисто-увалистую дренированную равнину. Исследуемая территория относится к провинции черноземов оподзоленных, выщелоченных и серых лесных почв, которые составляют основной фон почвенного покрова. Непосредственным районом исследований является Буготакский мелкосопочник с преобладающими высотами 250–280 м над уровнем моря. Территория расположена на расстоянии около 60 км к востоку от г. Новосибирска (Тогучинский административный район Новосибирской области).
Климат является умеренно резко континентальным со среднегодовым количеством осадков около 450 мм. При этом выражен летний максимум (280–300 мм), для лета характерны ливневые дожди. Гидрологический коэффициент (по Селянинову) за май – сентябрь составляет 1,5–1,7, сумма температур выше 10 °С – 1800–1900. Зимы характерны снежные; твердые осадки за этот период весной превращаются в талые воды, что в сочетании с такой характерной чертой территории, как значительная вертикальная и горизонтальная расчлененность, приводит к развитию эрозионных процессов.
Большие площади Предсалаирья представляют собой склоны различной экспозиции, крутизны и протяженности. Водоразделы занимают лишь около 15–20 % общей площади. Величина горизонтального расчленения может составлять до 1–1,2 км/км2. Для исследуемой территории характерен так называемый Предсалаирский тип эрозионного расчленения; он выражается в том, что эрозионные процессы протекают интенсивно, имея по большей части денудационный характер.
Предсалаирье характеризуется значительной сельскохозяйственной освоенностью. Естественная растительность на большей части территории сведена, почвы распаханы – в том числе и на склоновых участках. Причем в силу ряда причин распашка часто проводится с нарушениями технологии (ведется вдоль склонов) [1]. К настоящему времени распаханность составляет около 45 % территории, доля почв, подвергающихся смыву, составляет 20–30 %. Часто склоны имеют большую протяженность, что обеспечивает значительный объем поверхностного стока и скорость течения [2].
В результате интенсивного проявления эрозионных процессов в районе исследований регулярно происходит смыв гумусового горизонта с выносом тонкодисперсной фазы почвы, что приводит к утрате большого количества элементов питания. Вместе с тем существенно изменяются как водно-физические, так и физико-химические свойства почв, находящихся в сельскохозяйственном обороте. Чем больше проявляется эрозионный процесс, тем выше плотность почвы, уменьшается сумма водопрочных агрегатов, влагоемкость и структурность. В почвах, подверженных эрозионным процессам, происходят более резкие и частые колебания температуры; эродированные почвы вообще являются более «холодными».
Упомянув об уменьшении запасов гумуса, необходимо отметить не просто его потерю в результате эрозии, происходит также изменение его качественного состава, что выражается в изменении соотношения гуминовых и фульвокислот с относительным увеличением содержания последних. Эти негативные последствия эрозионных процессов резко снижают ценность почв, используемых в сельском хозяйстве как средства производства, что ярко проявляет себя в снижении урожайности возделываемых культур. Это обстоятельство ставит под угрозу обеспечение продовольственной безопасности России. Например, на слабосмытых почвах снижение урожайности может составлять более 15 %, а на среднесмытых – до 40 %. Если же вспомнить о непозволительном использовании в качестве пахотных угодий почв сильносмытых то урожайность может упасть в 2–2,5 раза, что является не только сомнительным с точки зрения рентабельности, но и преступным.
Еще в конце советского периода на полях колхозов и совхозов использовались приемы противоэрозионной обработки почв (вспашка поперек склона, лункование, щелевание, вспашка с почвоуглублением и др.). Они позволяют снизить интенсивность эрозионных процессов не менее чем в 2–3 раза, максимально – в 10–20 раз [3].
Однако с переходом к рыночным отношениям и с изменением форм землевладения, на фоне резкого упадка отечественного селькохозяйственного производства, применение упомянутых мер по большей части прекратилось, поскольку для их использования требуются значительные капиталовложения. К настоящему времени фактически можно встретить лишь стремление избежать вспашки вдоль склона.
Таким образом, на сегодняшний день имеется комплекс негативных явлений: с прежних времен и до настоящего времени последствия эрозионных процессов дают о себе знать; эрозионный процесс продолжается, в то время как противоэрозионные мероприятия, что было отмечено выше, как правило, не проводятся. Поэтому, прежде чем заниматься созданием систем рационального землепользования, возобновлением и разработкой новых противоэрозионных мероприятий, необходимо провести объективную почвенно-экологическую оценку эродированных почв, занимающих большие площади, и начать следует с наиболее ценных почв для зернового хозяйства, которыми являются черноземы.
Выбранный нами ключевой участок является репрезентативным для данной территории, так как он отражает особенности почвенного покрова Предсалаирской дренированной равнины. В исследовании проводилась почвенно-экологическая оценка черноземов оподзоленных и выщелоченных, как почв наиболее продуктивных с точки зрения получения урожаев зерновых и кормовых культур [4].
Материалы и методы исследования
К настоящему времени сотрудниками лаборатории почвенно-физических процессов ИПА СО РАН на территории Предсалаирья собран значительный массив данных, касающихся режимных почвенно-эрозионных наблюдений, морфологических описаний заложенных почвенных разрезов и химико-аналитических данных [5, 6]. Этот материал нуждается в качественно новом применении, он более чем достаточен для проведения работ по полноценной почвенно-экологической оценке пахотных угодий такого сложного района, как Предсалаирская дренированная холмисто-увалистая равнина.
В данном исследовании использованы материалы по 18 почвенным разрезам, заложенным на черноземных почвах ключевого участка, как подверженных, так и не подверженных эрозионным процессам (в зависимости от их положения в рельефе). Этими почвами являлись черноземы оподзоленные и черноземы выщелоченные – неэродированные, слабоэродированные и среднеэродированные.
Отбор почвенных образцов осуществлялся в трех повторностях для определения следующих свойств исследуемых почв: содержания гумуса, кислотности, подвижных форм фосфора и калия, гранулометрического состава.
Почвенно-экологическая оценка сельскохозяйственных земель проводится на основании характеристик как собственно почв, так и экологических показателей [7]. В основу положен расчет почвенно-экологического индекса (ПЭИ) по методике, разработанной в Почвенном институте им. В.В. Докучаева И.И. Кармановым [3], рассчитываемый по формуле
(1)
где ПЭИ – почвенно-экологический индекс; V – плотность (объемная масса) почвы, г/см3; 2 – максимально возможная плотность г/см3; П – «полезный» объем почвы в метровом слое; Дс – дополнительно учитываемые свойства почвы; Σt > 10 °С – среднегодовая сумма активных температур; КУ – коэффициент увлажнения; Р – поправка к коэффициенту увлажнения; КК – коэффициент континентальности; А – итоговый агрохимический показатель содержания элементов питания.
Таким образом, формула расчета ПЭИ состоит из трех сегментов, соответствующих расчету почвенных, климатических и агрохимических свойств, которые отражают суммарное влияние почвенно-экологических условий на производительность почв. Данный подход является результативным, поскольку он сочетает факторы почвенного плодородия, а также климатические и геоморфологические показатели оценки почв ключевого участка в условиях сложного рельефа лесостепи Предсалаирья.
Данная методика почвенно-оценочных работ выгодно отличается от традиционной бонитировки [8], базирующейся главным образом на содержании гумуса, азота и фосфора.
Традиционная бонитировка без взаимодействия с другими оценочными подходами является не вполне подходящим способом проведения почвенно-оценочных работ в условиях современности, так как она лишь отчасти отражает полноту собственно почвенных показателей, вовсе игнорирует показатели климатические, а также не вполне отражает агрохимические показатели. В результате справочные данные, касающиеся качества почв как главного средства сельскохозяйственного производства, выраженные в баллах бонитета, оказываются неоправданно завышенными [9, 10].
Результаты исследования и их обсуждение
Для проведения почвенно-экологической оценки исследуемые почвы были сгруппированы по двум признакам: по гранулометрическому составу (средне- и тяжелосуглинистые), а также по степени подверженности эрозионным процессам (неэродированные, слабоэродированные и среднеэродированные). Таким образом, данные почвы образуют шесть групп. Полученные результаты приведены в виде диаграммы (рисунок).
В качестве обсуждения результатов проведенной почвенно-экологической оценки черноземных почв Предсалаирской дренированной равнины нужно отметить следующее. В целом наибольшие значения почвенно-экологического индекса (ПЭИ) характерны для группы черноземов тяжелосуглинистых (в среднем 33,7 балла). Среднее значение ПЭИ для черноземов среднесуглистого гранулометрического состава – 28,2 балла. В то же время разница в несколько баллов почвенно-экологического индекса может объясняться не обязательно тем, что тяжелосуглинистые черноземы более устойчивы к эрозии почв. Причина может заключаться и в том, что в группе тяжелосуглинистых черноземов нет почв среднеэродированных, в то время как в группе среднесуглинистых черноземов среднеэродированные почвы имеются.
При анализе полученных значений ПЭИ внутри каждой из двух групп почв, выделенных по гранулометрическому составу, является очевидным, что любое, даже небольшое проявление эрозионных процессов очень явно влияет на величину этого показателя. Если обратиться к группе черноземов среднесуглинистых, то их неэродированные варианты имеют усредненное значение ПЭИ на уровне 40,5 балла. В то же время, уже для слабоэродированных вариантов, это значение падает, составляя в среднем 28,0 балла. Значение же ПЭИ для среднеэродированных вариантов черноземов оподзоленных среднесуглинистых составляет лишь 20,2 балла.
Внутри группы черноземов тяжелосуглинистых, несмотря на отсутствие среднеэродированных почв, в целом столь же явно проявляется резкое уменьшение значений ПЭИ при наличии даже слабых признаков смытости (в среднем 23,3 балла).
Распределение значений ПЭИ по группам почв
Значения ПЭИ черноземов и серых лесных почв Предсалаирья
|
Название почвы |
ПЭИ, балл |
|
Черноземы оподзоленные среднемощные среднегумусные тяжелосуглинистые неэродированные |
40,5 |
|
Черноземы оподзоленные маломощные малогумусные среднесуглинистые среднеэродированные |
20,2 |
|
Темно серые лесные мощные среднесуглинистые |
37,6 |
|
Светло-серые лесные среднемощные среднесуглинистые слабосмытые |
22,1 |
ПЭИ внутри групп черноземов, относящихся к выщелоченным и оподзоленным, но одинаковых по гранулометрическому составу (тяжелосуглинистые) и степени смытости (неэродированные) не имеют статистически значимых различий, что позволяет предположить слабое влияние данного признака на величину ПЭИ.
В сравнении с данными почвенно-экологической оценки [10], проводившейся ранее в том же геоморфологическом районе, но на подтипах серых лесных почв, также использующихся под пашню, можно утверждать, что проявление эрозионных процессов на исследуемых черноземах зашло гораздо дальше и приняло более угрожающий характер (таблица).
Как следует из данных, приведенных в таблице, интервалы между максимальными и минимальными значениями ПЭИ черноземов и серых лесных почв являются практически равнозначными – при том, что черноземы изначально являются почвами более плодородными и более ценными, чем подтипы серых лесных почв, имея в ненарушенном состоянии более высокие значения этого показателя.
Заключение
Таким образом, проведенная почвенно-экологическая оценка черноземов Предсалаирской дренированной равнины позволила решить два важных вопроса:
1. Получены значения почвенно-экологического индекса для наиболее ценных в сельскохозяйственном отношении черноземных почв Предсалаирья, которые, в отличие от баллов бонитета, заведомо не являются завышенными, а вполне отражают истинное состояние данных почв на сегодняшний день. Данные значения имеют интервал от 20,2 до 40,5 балла, это весьма низкие значения для возделываемых почв, особенно для черноземов.
2. Со всей очевидностью показано, что к настоящему времени эрозионные процессы, происходящие в Предсалаирье (в значительной степени по антропогенным причинам), привели наиболее ценные черноземные почвы в весьма деградировавшее состояние, что следует из полученных значений почвенно-экологического индекса.