Кислотность в системе оценок плодородия почв.

Оценка плодородия почв на примере Курской области

Почвенные ресурсы плодородия Курской области имеют значительную неоднородность. В области залегают почвы разных генетических типов и подтипов – преимущественно черноземы типичные, выщелоченные, а также темно-серые и серые лесные почвы. За длительный срок сельскохозяйственного использования генетически обусловленные свойства почв претерпели существенные изменения, что усилило степень их дифференциации как по районам, так, в особенности, по хозяйствам.

Почвы западных районов области в большей мере обеспечены фосфором и хуже калием, а восточных и северо-восточных- содержат калия больше, чем фосфора. Почвы, слабо обеспеченные фосфором, имеют значительный удельный вес в северных районах области. За последние годы увеличились площади почв с очень низким и низким содержанием гумуса, соответственно на 0,8 и 0,4 %. Количество кислых почв за последние годы увеличилось на 0,6 %, а всего в области их насчитывается 1084 тыс. га (60,4 % пашни), из них сильно и среднекислых – 353,4 тыс. га.

Результаты производственной деятельности по хозяйствам Курской области (продуктивность, ц з.е./га в среднем за 4 года) сопоставлялись с величинами средневзвешенных значений показателей свойств почв по общей выборке (n=530), а также отдельно выделены хозяйства, приуроченные к северо- западным районам, характеризующимся более низким плодородием (табл. 1).

Таблица 1. Статистическая характеристика показателей плодородия почв хозяйств Курской области (n=530)

Исследуемые показатели плодородия почв, а также степень увлажнения (по коэффициенту увлажнения, КУ) оказывали значимое влияние на продуктивность пашни. Прирост продуктивности при повышении рН на единицу в северо-западных районах, расположенных преимущественно на серых лесных почвах, в два раза превышает таковой в среднем по территории области (табл. 2) .

Таблица 2. Зависимость продуктивности пашни от величин показателей плодородия почв

* где Y- продуктивность (ц з.е./га), X₁ – КУ(коэффициент увлажнения), X₂ – гумус (%), X₃ – содержание фосфора (мг/кг), X₄ - рН_KCL.

Установлено, что в целом по области, при вычленении роли климата, ведущим фактором плодородия является обеспеченность почв фосфором; вторым по значимости фактором является кислотность почв; в северо-западных районах на серых лесных почвах возрастает роль гумуса, что связано и с азотным режимом почв (табл. 3).

Таблица 3. Доли вклада величин показателей плодородия в изменение продуктивности пашни (%)

Зависимость продуктивности от свойств почв не является строго линейной, что просматривается в последовательном сокращении приростов продуктивности при возрастании показателей плодородия (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость продуктивности пашни от климатического и почвенных показателей по территории Курской области (n=530)

Согласно полученным графикам оптимальные значения для кислотности почв рН_KCL и содержания подвижного фосфора составляют соответственно 6,0 ед. и 200 мг/100г. При этом степень увлажнения территории влияла на продуктивность также неоднозначно: повышение увлажнения от минимальных значений КУ до 0,99 способствовало росту продуктивности, а дальнейший рост увлажнения, территориально приуроченный к районам с серыми лесными почвами, сопровождается снижением продуктивности.

Для оценки плодородия почв по разнокачественным показателям, с учетом их неоднозначного влияния на продуктивность в разных интервалах значений, используются комплексные оценки показателей плодородия (Карманов, 1990; Кулаковская, 1990; Гринченко, Егоршин, 1984; Синельников, Слабко,1995; Державин, Фрид 2002). Для условий Центрального Черноземья предложен вариант комплексной оценки плодородия почв с использованием логистической зависимости, разработанной ранее во ВНИИЗ и ЗПЭ (Чуян Г.А., Виноградов Ю.А., Букреев Д.А.; Васенев И.И., Букреев Д.А., 1993-1997гг.). Значения индивидуальных показателей плодородия (гумус %, рН, содержание подвижных Р₂О₅, К₂О) преобразуются в безразмерные нормированные единицы (П_i) со шкалой оценки до 100 по следующему выражению:

(1)

где Хi, Хmax и Хmin- фактические значения оцениваемого параметра, максимальное и минимальное, а А и В - корректирующие параметры, устанавливающие чувствительность показателя и уровень оптимальных значений параметров плодородия, при которых нормированные величины превышают 95 (табл. 4).

Таблица 4.Нормативные значения для расчета частных параметров (П _i) плодородия почв

Комплексный показатель плодородия (ПП) реализован выражением среднего геометрического из совокупности (n) оценок:

.

Величина комплексного показателя в разрезе районов области колеблется от 60 до 90, а в разрезе хозяйств области – от 50 до 100. Коэффициент корреляции зависимости средней за 4 года продуктивности пашни от совокупного показателя плодородия (ПП) варьирует по районам от 0,49 до 0,97. В первом агропочвенном районе серых лесных почв, где плодородие является одним из основных лимитирующих факторов, характерна достаточно тесная связь продуктивности как с комплекным показателем ПП (r=0.79), так и с нормированной оценкой кислотности почв П_рН (r=0.71). В контролируемых условиях стационарного полевого опыта ВНИИЗ и ЗПЭ на черноземе типичном также достоверна взаимосвязь обобщенной оценки плодородия почвы (ПП) с уровнем продуктивности (r=0.85).

Вопрос о применении почвоулучшающих комплексных мероприятий целесообразно решать для каждого уровня территориального деления путем ранжирования оцениваемых контуров по совокупной оценке (ПП).

Аналитическая поддержка решений по выбору приоритетных мероприятий для конкретного участка или выбора приоритетных участков для осуществления конкретных мелиораций может решаться на основе расчета потенциала оптимизации регулируемого свойства (Ро)

,(2)

где Пi – нормированное значение показателя фактического состояния; Пopt – нормированное значение оптимального уровня показателя; ПП_п – совокупный показатель плодородия по п факторам; n – количество учитываемых факторов; Ц_ПП – цена балла совокупного показателя (ц/га з.е.).

В соответствии с этим, эффект от оптимизации кислотности почв зависит как от величин рН, так и обеспеченности другими факторами плодородия (рис. 2).

Рис. 2. Распределение территории Курской области по приоритет-ности известкования поч

Таким образом эффективное восстановление деградированных почв должно быть сбалансировано по очередности и интенсивности воздействия соответствующими мелиорациями, что повысит окупаемость затрат соответствующих ресурсов.

Закономерности пространственной изменчивости свойств почв и урожайности культур на локальном уровне (на примере чернозема типичного)

Современная модель почвенного покрова предполагает наличие в нем пространственного варьирования свойств почв и растений разного масштаба (Прохорова, Фрид, 1999; Самсонова, 2003; Козловский, 2003; Фрид, 2004).

При точечном почвенно- агрохимическом обследовании участка 2 га (100 200 м) с шагом 10 м по равномерной сетке установлено, что основным фоновым компонентом на исследуемом участке выступает чернозем типичный мощный тяжелосуглинистый, местами переходящий в выщелоченный. Мощность горизонтов (А), (А+АВ) и глубина вскипания (см) имеют величины соответственно 47±0.6, 86±0.9 и 66±1,4 при варьировании этих показателей 17.0 , 15.6 и 29.6 %. По содержанию гумуса почва участка относится к малогумусным (5,77%), по кислотности – в основном слабокислая (рН_KCL- 5,3), присутствуют среднекислые, близкие к нейтральным и нейтральные. Среднее содержание подвижного фосфора и калия 12,4 и 10,7 мг/100г соответственно. Распределение величин является нормальным, максимальная вариабельность характерна для минеральных форм азота (17.7 - 37.6%), подвижных форм калия и фосфора (29 и 19 %) и минимальная для содержания гумуса – 2,4%.

Периодичность колебаний свойств почв устанавливалась по графикам автокорреляции; по минимумам графиков зависимости средней амплитуды колеблемости значений показателей свойств от размеров шага опробования. Средние размеры контуров свойств по эмпирическим вариограммам зависимости дисперсии последовательных значений показателей от числа шагов (интервалов) между точками опробования показали аналогичные величины. При величине шага, равному периоду колебаний, коэффициенты варьирования содержания гумуса, рН, подвижных фосфора и калия имеют минимальные значения, соответственно 1.4 , 2.8 , 13.7 и 22.0 % (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость варьирования величин показателей свойств пахотного слоя почв от размера шага опробования

Установлена закономерная периодичность как морфометрических данных почвенного профиля исследуемого чернозема, так и агрохимических свойств пахотного горизонта, которая имеет близкие значения в разных направлениях системы координат на плоскости, при этом изменение вариабельности свойств в разные годы (2006-2008 гг.) не повлияло на размеры периодичности (табл. 5).

Комплекс морфометрических показателей в целом обладает меньшей дифференциацией по территории объекта, чем агрохимических свойств пахотного горизонта. Значения комплексного показателя плодородия почвы участка (ПП), коэффициента неоднородности (KN, %) и коэффициента сбалансированности факторов плодородия (К_сб, %) имеют величины соответственно 74.6, 7.7% и 80.0 %.

Таблица 5. Характеристика среднего размера контура и периодичности показателей плодородия чернозема типичного (n=200)

По данным дробного учета урожая в однородных рекогносцировочных посевах установлено, что доля закономерной изменчивости урожаев культур составляет 2/3 общего их варьирования (Перегудов, 1978). При повышении размеров учетной площади увеличивается доля закономерной составляющей. Установлена закономерная периодичность урожайных данных по спектральному анализу и вариограммам совмещенных рядов учетных данных 2006 и 2008 гг. (табл. 6).

Таблица 6. Компоненты варьирования урожайности культур (n=200)

Периодичность и средний размер контуров для приведенных культур имеет аналогичные значения, что и для почвенных параметров.