Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
ВЛАСЕНКО Валерий Петрович
ГИДРОМЕТАМОРФИЗМ ПОЧВ
СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА
ПРИ ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
Специальность 03.02.13 - почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Краснодар - 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования
Кубанский государственный аграрный университет
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Терпелец Виктор Иванович
Официальные оппоненты: Цховребов Валерий Сергеевич, доктор
сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ
ВПО Ставропольский государственный
аграрный университет, заведующий кафедрой
почвоведения им. В.И. Тюльпанова, г. Ставрополь
Колесников Сергей Ильич, доктор
сельскохозяйственных наук, профессор ЮФУ,
заведующий кафедрой экологии и
природопользования, г. Ростов-на-Дону
Тишков Николай Михайлович, доктор
сельскохозяйственных наук, заведующий
отделом земледелия и лаборатории агрохимии
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский
институт масличных культур
им. В.С. Пустовойта, г. Краснодар
Ведущая организация: ГНУ Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко Россельхозакадемии, г. Краснодар
Защита диссертации состоится 20 ноября 2012 г, в 09.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.04 при ФГБОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет по адресу (350044,
г. Краснодар, ул. Калинина 13.
С диссертацией можно познакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет, с авторефератом - на сайте vak.ed.gov.ru
Автореферат разослан л сентября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Слюсарев Валерий Никифорович
ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В последние 20-30 лет особую остроту получила проблема развития гидрометаморфизма в чернозёмных почвах Северо-Западного Кавказа, вызванного поверхностным и грунтовым переувлажнением. Площадь переувлажненных земель во влажные годы в регионе может достигать 600-700 тыс. га.
Гидрометаморфизм, заключающийся в трансформации минеральной массы почвы под влиянием избыточного увлажнения, создающего в почвах восстановительные условия, способствует изменению генетической принадлежности и классификационного положения изначально автоморфных черноземов и переходу в разряд их полугидроморфных аналогов - лугово- и луговато-черноземных уплотненных и слитых почв и черноземов мочаковатых.
Только в Краснодарском крае примерно за 50 лет, прошедшие со времени I тура обследования (1955-1961гг.) площадь лугово- и луговато-чернозёмных уплотнённых и слитых почв увеличилась более чем на 50 тыс. га и в настоящее время составляет 135 тыс. га, или 14-17% площади сельскохозяйственных угодий в зоне распространения низменно-западинных агроландшафтов, площадь мочаковатых черноземов и мочаков, получивших распространение на Кубанской наклонной равнине увеличилась с 56,0 тыс. га в 1976 г до 109,2 тыс. га (29%).
Черноземы обладают целым набором уникальных свойств, основное из которых - высокая буферность, то есть способность противостоять изменению свойств, являющихся условиями стабильного функционирования агроландшафтов.
Однако агроландшафты оказались очень чувствительными к внешним воздействиям, что привело к выходу ландшафтных систем из равновесия по прошествии определенного времени техногенного воздействия. При этом заработал со все нарастающей скоростью механизм цепных реакций. Примером именно такого развития процесса является возникновение гидроморфных комплексов среди изначально автоморфных почв.
Анализ опубликованной научной литературы (А.Я. Ачканов,1999; Ю.Н.Багров, 1962; Е.С. Блажний и Ю.Н. Багров, 1960; Н.В. Елисеева, 1983, 1989; Н.Е.Редькин, 1969; И.Д. Черниченко, 1988; Н.Б. Хитров 1974, 1994 и др.) и практического материала (данные КубаньНИИгипрозем и НИО Гея-НИИ), по этой теме применительно к почвам Северо-Западного Кавказа дает основание сделать вывод о том, что основной упор в их исследованиях был сделан на:
- фиксирование факта переувлажнения земель, выявление динамики процесса;
- регистрацию количественных изменений химического состава, физических свойств почв, являющихся (по их мнению) преимущественно результатом антропогенного воздействия;
- разработку мелиоративных мероприятий по ликвидации переувлаж-нения;
Изменения в почвах, вызванные динамикой ландшафтов и напротив - динамика ландшафтов, вызванная деградацией почв вследствие их гидрометаморфизма, как правило, не учитывались.
Между тем, особенность развития современного локального пере-увлажнения в условиях интенсивного земледелия состоит в том, что оно является следствием труднопрогнозируемых процессов физической (в первую очередь) деградации почв и, в тоже время, служит её причиной.
В связи с этим, особенно актуальным является установление масштаба распространения и оценка степени деградации почвенного покрова в процессе гидрометаморфизма на основе наблюдения за динамикой физических свойств почв в целом, и особенно её твёрдой фазы, как наиболее весомой из её составляющих частей.
Цель исследований - оценить масштабы развития гидрометамор-физма в почвах Северо-Западного Кавказа, установить причины и степень развития процесса, дать рекомендации по замедлению деградации в почвах региона.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1.Установить масштабы переувнлажнения на основе материалов почвенных изысканий в ряде районов степной и предгорной зон Северо-Западного Кавказа.
2.Исследовать причины и механизмы гидрометаморфизма и формирования гидроморфных комплексов в низменно-западинных и равнинно-холмистых агроландшафтах.
3.Оценить вклад природных и антропогенных факторов в процесс
расширения ареалов локальных гидроморфных комплексов низменно-западинных, равнинно-холмистых и предгорно-холмистых агроландшафтов.
4. Дать количественную и качественную характеристику химического состава и основных физических свойств почв гидроморфных комплексов.
5. Дать оценку влияния гидрометаморфизма на производственную ценность и экологические функции почв.
6. Изучить влияние агротехнических и мелиоративных приемов на агрофизические свойства гидрометаморфизованных почв.
7. Оценить экономическую эффективность и энергозатраты предла-гаемого комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий.
8. Дать предложения по почвоохранным мероприятиям, способствую-щим оптимизации агрофизических свойств и химического состава гидрометаморфизованных почв.
Научная новизна работы:
1. На основании анализа обширного материала по почвенным иссле-дованиям в разных геоморфологических областях Северо-Западного Кавказа (на примере Краснодарского края) установлены общие закономерности возникновения и функционирования гидрометаморфизованных почв в зоне распространения черноземов.
2. Предложена концепция единства процесса гидрометаморфизма в почвах Азово-Кубанской низменности и Кубанской наклонной равнины.
3. Изучены возможности применения дистанционных методов исследования для мониторинга гидрометаморфизма почв региона.
4. Предложены новые критерии оценки степени деградации гидрометаморфизованных почв:
а) критерий Т, характеризует зависимость плотности почв от ее влажности в ходе усадки (набухания),
б) критерий Водяницкого, характеризует интенсивность процесса оглеения по степени окисленности железа,
в) удельная поверхность почв, показывает степень дисперсности твердой фазы почв и служит показателем степени вторичного (внутрипочвенного) выветривания.
5. Исследована динамика порового пространства гидрометаморфизо-ванных почв в изначально автоморфных чернозёмах.
6. Рассчитана основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) почв.
7. Разработана шкала оценки степени деградации гидрометаморфизо-ванных почв.
8. Проведена оценка влияния систем агротехнических и мелиора-тивных мероприятий на агрофизические свойства гидрометаморфизованных почв и урожайность возделываемых на них культур.
Практическая значимость исследований:
1. Даны критерии оценки степени проявления гидрометаморфизма в почвах, которые, с одной стороны облегчат определение классификационного положения почв, с другой - повысят объективность кадастровой оценки и мониторинга состояния почвы:
- характер зависимости плотности почв от их влажности в качестве критерия степени деградации агрофизических свойств почв;
- величина удельной поверхности почв, служащая базовым показателем фи-зического состояния почв и являющаяся основой для расчёта технологических свойств почв, используемых при кадастровой оценке земель;
- структура порового пространства почв, изученная с помощью основной гидрофизической характеристики (ОГХ), используемая в качестве диагностического признака при почвенных исследованиях для установления процессов глеегенеза и слитогенеза на ранних стадиях;
- коэффициент окисленности железа, позволяющий судить о степени выраженности глеегенеза.
2. Предложения по совершенствованию использования гидрометаморфи-зованных почв на основе учета зернового эквивалента позволят избежать экономически необоснованных энергозатрат, а, следовательно, являются основой планирования размещения посевов и повышения экономической эффективности использования сельскохозяйственных угодий хозяйствующими субъектами.
3. Разработанная нами шкала оценки выраженности деградационных процессов может служить экологическим организациям основой при решении вопроса о возможности выполнения почвой своих экологических функций, в том числе, глобальных.
Апробация результатов исследований
Результаты исследований докладывались на международных научных конференциях (Ростов-на-Дону, 2004, 2005, 2006), научно-практических конференциях Кубанского госагроуниверситета (2003, 2004), научно- практической конференции (Белореченск, 2005), международной научной конференции (Воронеж, 2004), конференции памяти доктора с.-х. наук С.Ф. Неговелова (Краснодар, 2008), V Всероссийском съезде Общества почвоведов имени В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008), заседании методического совета РАСХН (Москва, 2008), 2-ой международной научно-практической конференции (Краснодар, 2009), V международной конференции (г. Пущино, Московская область, 2009), IV Всероссийской научной конференции с международным участием (Томск, 2010), III Всероссийской конференции (Иркутск, 2012), международных научных конференциях (Москва, 2010, 2012), на VI Всероссийском съезде Общества почвоведов (Петрозаводск, 2012).
ичный вклад автора. Настоящая диссертационная работа является результатом многолетних (32 года) исследований, выполненных автором лично и в составе отдела почвенных изысканий института КубаньНИИгипрозем (в настоящее время ЮФ ФГУП Госземкадастр-съемка - ВИСХАГИ). Автором работы проведен анализ архивных материалов предыдущих туров почвенного обследования, проведена их статистическая обработка. На основании выполненной работы автором разработана программа и методика исследований, осуществлен сбор материалов из других источников, проведены дополнительные полевые и лабораторные исследования, а также сбор материалов дистанционного исследования (аэрофото- и космических снимков) участков земной поверх-ности Тимашевского и Отрадненского районов Краснодарского края, в почвах которых получили развитие исследуемые процессы.
Изучение микроморфологии почв произведено автором при активном содействии и непосредственном участии сотрудников кафедры орошаемого земледелия Кубанского ГАУ А.Я. Ачканова, В.П. Василько и А.В. Сисо.
ично автором обработан и проанализирован экспериментальный материал, разработаны и обоснованы теоретические положения диссертационной работы и практические рекомендации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 научных работ общим объемом 27 печатных листов, в том числе 13 статей в научных трудах и журналах, рекомендуемых ВАК, а также учебное пособие и монография (в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 325 страницах машинописного текста и состоит из введения, 8 глав, заключения, рекомендаций производству, списка литературы из 331 наименований, в том числе 41 иностранных авторов. Диссертация включает 50 таблиц, 30 рисунков и 20 приложений.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Причиной развития гидрометаморфизма изначально автоморфных почв - черноземов, приводящего к их деградации, является сложное сочетание природных предпосылок и антропогенного фактора, часто выступающего в роли пускового механизма.
2. Масштабы и скорость развития процесса представляют реальную угрозу потери плодородия значительной части черноземов Северо-Западного Кавказа.
3. Гидрометаморфизм заключается в глубокой перестройке всех фаз почвы и носит, как правило, необратимый характер.
4. Деградационные изменения, вызванные гидрометаморфизмом, снижают производственную ценность и затрудняют выполнение экологических функций почв.
5.Существующие мелиоративные приемы на гидрометаморфизованных почвах неспособны выполнить свое назначение.
6. Использование гидрометаморизованных и склонных к проявлению гидро-метаморфизма почв должно строиться с учетом ландшафтных особенностей, а почвоохранные мероприятия - носить упреждающий характер.
Автор выражает искреннюю признательность первому научному руководителю кандидату с.-х. наук профессору Александру Яковлевичу Ачканову, а также научному консультанту доктору с.-х. наук профессору Виктору Ивановичу Терпельцу за ценные советы и организационную помощь при оформлении диссертационной работы, кандидату с.-х. наук, профессору Валентине Павловне Василько и доктору геогр. наук Наталие Волеславовне Елисеевой, стоявшим у истоков и способствовавшим началу работы, главному почвоведу ЮФ ФГУП Госземкадастрсъёмка - ВИСХАГИ Зое Семёновне Марченко (ныне покойной), директору данного учреждения Алексею Михайловичу Середину и главному инженеру Игорю Витальевичу Рунову за предоставленную возможность пользования архивными материалами, а также всем сотрудникам отдела почвенных изысканий этого предприятия, сотрудникам НИО Гея-НИИ А.М. Никифорову и В.М. Комисарову за помощь, оказанную в выполнении полевых и лабораторных работ и предоставленную информацию.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе Изменение свойств гидрометаморфизованных почв при их сельскохозяйственном использовании приведен обзор работ различных авторов по темам сходным с темой настоящей работы и дана критическая оценка существующих представлений и подходов к решению проблемы возникновения, развития и результатов различных почвообразова-
тельных процессов, составляющих сущность гидрометаморфизма, в первую очередь - глеегенеза и слитогенеза.
В разделе 1.1. Распространение и номенклатура гидромета-морфизованных почв приведены термины и фомулировки понятий, исполь-зуемых в работе (переувлажнение, деградация, физическая деградация, моча-ры, слитогенез и т.д.), а также представления различных авторов (Е.С. Блаж-ний, 1960,1971; В.Ф. Вальков, 1977, 1998; О.Г. Назаренко, 2002; Н.И. Полупан, В.Д. Кисель, 1981; И.И. Канивец, 1965; А.М. Холмецкий, 1965; И.Л. Шестаков, 1977; В.П. Калиниченко,1997; В.И. Тюльпанов и Е.Н. Ангелов, 1994; В.И. Михайлюк, 1995; И.А. Крупенников, 1990; и др.) о классификационном положении и номенклатуре почв, в которых получил развитие гидрометаморфизм.
В разделе 1.2. Диагностические критерии проявления гидрометаморфнзма в почвах в соответствии с нашей концепцией сущности исследуемого процесса приводится обзор существующих мнений по поводу перечня свойств, которые, по мнению разных авторов (Н.Б. Хитров, 1974, 2000, 2003; Ф.И. Козловский, 1986; П.Н. Березин и А.Я. Пачепский, 1990; Е.В. Шеин, 2006; Ю.Н. Багров, 1962; П.М. Сапожников, 1994; Ю.Н. Водяницкий, 2008) отличают почвы, имеющие и не имеющие признаки гидрометаморфизма. Дано обоснование применения тех или иных критериев.
В разделе 1.3. Современные почвообразовательные процессы в гидрометаморфизованных почвах приводятся представления И.П. Гераси-мова (1975), М.А. Глазовской (1981) о процессах метаморфизма почв, Г.Н. Высоцкого (1905) и Ф.Р. Зайдельмана (1994, 1998) о глеегенезе, П.Н. Березина (1989), А.Д. Воронина (1986), Е.В. Шеина (1989) о слитогенезе, Н.Б. Хитрова (2006) о соподчинении основных и сопутствующих процессов (слито- и глеегенез), Н.Н. Болышева (1948) о роли нонтронита в качестве индикатора (но не причины) слитости, а также взгляды В.Ф. Валькова и Н.В. Елисеевой (1998), Дж. Дривера (1985), Н. Ахмада (1983), Т.Л. Быстрицкой и А.Н. Тюрюканова (1971), Е.М. Самойловой (1990), Э.А. Корнблюма (1972, 1977), В.А. Ковды (1973, 1985), Б.П. Градусова и Н.П. Чижиковой (1984), Т.А. Соколовой и Г.М. Соляника (1984) и многих других на процессы, составляющие сущность гидрометаморфизма.
Во второй главе Объекты и методы исследований приводится схема ареала распространения исследованных почв (рис.1), а также перечень материалов, методов определения тех или иных характеристик использованных в настоящей работе.
Объектами исследований данной работы являются почвы (черноземы) Азово-Кубанской низменности (I) и Кубанской наклонной равнины (II), в которых получили развитие процессы гидрометаморфизма.
В работе использовались материалы трёх туров почвенного обсле-дования (1957-1961, 1978-1980, 1995 гг. - Ейский район; 1955-1958, 1969-1971, 1987-1989 гг. - Тимашевский район; 1972-1974, 1999-2000 гг. - земли г. Краснодара; 1958-1964, 1971-1979, 1988-1991 гг. - Лабинский район; 1957-1969, 1976-1982 гг. - Белореченский район; 1957-1961, 1969-1975, 1987-1991гг. - Отрадненский район), материалы мониторинга земель, подверженных неблагоприятному воздействию природных и антропогенных факторов в Тимашевском, Калининском, Лабинском и Отрадненском районах 1998-2000 гг., а также редкие уцелевшие материалы предыдущих лет (1938-1949 гг.), выполненные различными авторами.
Детальный анализ факторов развития гидрометаморфизма, изменений в
почвах и структуре почвенного покрова, исследование методов воздействия на деградационные процессы с целью их замедления выполнен в наиболее типичных районах - Тимашевском и землях г. Краснодара (Азово-Кубанская низменность) и Отрадненском (Кубанская наклонная равнина) по матери-алам наблюдений на полигонах государственного мониторинга (созданных нститутом КубаньНИИгипрозем в 1991-1994 гг.) и на стационарном
Рисунок 1 Ц Схематическое изображение ареала распространения
гидрометаморфизованных почв Краснодарского края
многолетнем многофакторном опыте, заложенном сотрудниками кафедры орошаемого земледелия на землях учхоза Кубань Кубанского госагроуниверситета.
Зависимость плотности почвы от её влажности изучалась в образцах почвы с ненарушенным сложением в пятикратной повторности в горизонте Апах. и в трёхкратной - в нижележащих горизонтах. Образцы отбирались при влажности почвы близкой к предельной полевой влагоёмкости пробоотборниками объёмом 50 см.
Микроморфологическое исследование гидрометаморфизованных почв выполнено в аншлифах, изготовленных по специальной технологии (нами подобраны состав закрепляющего раствора, время пропитки, методы шлифовки) на поляризационном микроскопе фирмы Nicon на кафедре земледелия КубГАУ. Снимки микроморфологического строения почв получены (без учета масштабирования) с увеличением в 100 и 200 раз.
Все химические анализы и анализы физических свойств почв выполнялись в лабораториях Госземкадастрсъемка - ВИСХАГИ и КубГАУ по существующим ГОСТам и методикам.
Виды и методы анализов:
- содержание гумуса по Тюрину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-91;
- плотность почвы (объёмная масса) буровым методом, ГОСТ 5182-78,
ГОСТ 5180-84;
- плотность твёрдой фазы почвы пикнометрически, ГОСТ 5181-78 и
ГОСТ 5180-84;
- гигроскопическая влажность методом сушки образца, ГОСТ 5180-75;
- максимальная гигроскопичность адсорбционным методом, ГОСТ 5180-75;
- гранулометрический состав по Качинскому с пирофосфатной подготовкой, ГОСТ12356-79;
- микроагрегатный состав по Качинскому, ГОСТ 12536-79;
- структурный состав по Саввинову, ГОСТ 12536-79;
-порозность агрегатов методом насыщения их неполярной жидкостью (керосином) по П.А. Андрианову и И.А. Латыеву;
- удельная поверхность твердой фазы почв по БЭТ и расчетным путем по специальной программе П.М. Сапожникова (1992);
- поглощённые основания по Тюрину, ГОСТ 5180-75;
- pH водной суспензии электрометрически, ГОСТ 26213-84.
- железо по последовательной схеме фракционирования Водяницкого.
Результаты почвенного обследования (данные КубаньНИИгипрозем) обработаны методами вариационной статистики. Для обработки результатов наблюдений за изменением плотности сложения почвы в зависимости от влажности с помощью пакета анализа программы MS EXCEL проведён корреляционный анализ, определены углы наклона кривых, методом регрессионного анализа (линейная регрессия) найдены уравнения кривых зависимости изучаемых признаков. По всем исследованным почвенным разновидностям по всем глубинам и повторностям построены графики и линии тренда полиномиальные второго порядка
Третья глава Условия почвообразования региона исследований посвящена изучению факторов почвообразования - климат, геоморфология (рельеф), почвообразующие и подстилающие породы, гидрография и гидрология, растительность.
3.1. Климат Северо-Западного Кавказа умеренно-континентальный.
Исследованная территория располагается в трёх агроклиматических районах, различающихся коэффициентом увлажнения. Первый агроклиматический район засушливый с коэффициентом увлажнения КУ<0,25 и количеством осадков за год 450-550 мм, второй - неустойчиво-влажный (КУ 0,25-0,30) -500-600 мм, третий - умеренно-влажный (КУ 0,30-0,40) - 600-700 мм.
Зона распространения гидрометаморфизованных почв характеризуется довольно значительными различиями в тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода большинства районированных сельскохозяйст-венных культур. Возникновение и рост площадей переувлажнённых земель связаны не столько с устойчивыми среднемноголетними климатическими характеристиками региона, сколько с тенденциями их изменения и, особенно, совпадением во времени двух и более влажных лет, а также другими (не климатическими) факторами.
3.2. Геоморфология (рельеф)
Согласно схеме геоморфологического районирования Северного Кавказа и Нижнего Дона И.Н.Сафронова (1969) рассматриваемая территория располагается в пределах Предкавказской провинции, области Азово-Кубанской низменности (низменно-западинные ландшафты) и Кубанской наклонной равнины (равнинно- и предгорно-холмистые ландшафты) .
Наиболее общей особенностью территории Азово-Кубанской низменности являются слабые укнлоны местности, при которых даже небольшие препятствия поверхностному и грунтовому стоку во влажные годы могут привести к переувлажненнию почв на плакоре.
Кубанская наклонная равнина расположена к югу от реки Кубани до гор Кавказского хребта, образована древними продуктами выноса рек, питавшихся ледниковыми водами.
3.3. Геологическое строение и почвообразующие породы
В геологическом отношении изученный нами регион располагается в пределах альпийской геосинклинальнной области (Т.Л. Быстрицкая, 1971), одной из характерных черт которой являются интенсивнные дифференцированные движения земной коры, происходящие до наснтоящего времени.
Коренными породами, слагающими территорию распространения низменно-западинных агроландшафтов (Ейский, Тимашевский районы, земли г. Краснодара) являются пески верхнеплиоценового возраста. Отложения верхнего плиоцена покрываются красно-бурыми глинами, которые, в свою очередь, перекрыты толщей четвертичных отложений, представленных лёссовидными глинами и суглинками мощностью от 6 до 50 м.
На территории бассейна р. Кубань аллювиальный покров террас представлен двумя ярусами осадков: нижним галечниковым и верхним суглинистым.
Непосредственно над слоем галечника расположен второй ярус аллюнвиальных отложений террас Кубани, которые являются материнскими породами для почв левобережья реки.
Характерной особенностью лёссовидных отложений являются светлая палево-бурая окраска и своеобразная текстура с вертикальными канальцами - макропорами, отсутствие слоистости.
Деградация лёссовидных глин, слагающих днища блюдец и неглубо-ких западин проявляется в уменьшении содержания крупной пыли и исчезно-вении пористости, что, по мнению Е.М. Самойловой (1990), свидетельствует об утрате породами лёссового облика.
По нашим данным наибольшая площадь гидрометаморфизованных черноземов Кубанской наклонной равнины приурочена к делювиальным (глинистым) отложениям - 79388 га, на третичным породах сформировалось 29110 га, на лессовидных -730 га.
3.4. Гидрография и гидрология
Гидрографическая сеть Азово-Кубанской низменности представлена рядом рек текущих в северо-западном направлении и впадающих в Азовское море. Главными из них, считая с северо-востока на юго-запад, являются Ея, Челбас, Бейсуг, Кирпили, а также сеть искусственных водоёмов - прудов. Реки обладают неглубокими, симметрично построенными долинами.
Современный этап развития ландшафтов левобережья Кубани (Кубанская наклонная равнина) харакнтеризуется хорошо развитой гидрографической сетью. Все реки, распонложенные здесь, согласно класси-фикации Н.Н. Болышева (1948) делятся на три группы: реки ледникового питания (Кубань и ее притоки), временно действующие реки без постоянного источника питания (Ахтырь, Бугундырь), действующие постоянно и питающиеся за счет грунтовых вод, вскрываемых в их долинах (Гиага, Келермес).
Грунтовые воды в зависимости от рельефа залегают на различной глубине. Так, на равнинных участках и склонах Азово-Кубанской низмен-ности грунтовые воды обнаруживаются не ближе 10м от поверхности и на процесс почвообразования влияния не оказывают, в бессточных замкнутых понижениях рельефа, днищах балок они залегают обычно на глубине
1,5-2,0 м. На глубине 0,5-0,6 м формируется верховодка. Появление верховодки связано с наличием водоупорных иллювиальных горизонтов и просадочных грунтов или слабоводопроницаемых слоев делювиальных отложений. Уровень её подвержен резким колебаниям- подъемам во вренмя выпадения осадков и весеннего снеготаяния и падениям в засушнливый период вплоть до полного исчезновения.
3.5. Растительность
В недавнем прошлом почти вся территория Азово-Кубанской низменности была занянта природной степной растительностью. В голоцене, по мнению В.А. Ковды (1966), Б.Б. Полынова (1956), С.А. Захарова (1935) и др. Азово-Кубанская низменность была занята влажной луговой степью с разнотравной и типчаково-ковыльной богатой растительностью. По долинам рек и балкам глубоко проникали лесные массивы из гидрофильных и широколиственных пород. Небольшие широколиственные леса по западинам и гидроморфным участкам, как реликты дошли до наших дней в виде дубинок и кругликов. Лесная растительность западин играла существенную роль в их гидрологическом режиме, и её исчезновение привело к резкому усилению гидроморфизма.
Кубанская наклонная равнина (левобережье Кубани) согласно представлениям Т.Л. Быстрицкой (1971) является зоной взаимного внедрения Южно-Руснской и Кавказской растительных провинций, но многие авторы эту территонрию целиком относят к Кавказской лесной провинции. И.С. Косенко (1947) разделяет Кавказскую лесную провиннцию на четыре подокруга, или зоны, наибольший интерес, с точки зренния выяснения генезиса гидрометаморфизованных черноземов представляет выделяемая им зона равнинных широколиственных смешанных лесов на слитых и деградированных черноземах.
Сравнение видонвого состава степных биотопов и участков очагового переувлажнения показынвает их существенное различие.
И хотя существует мнение, что тип растительности не играет существенной роли в развитии гидрометаморфизма почв гидроморфных комплексов, экологически и экономически целесообразно использовать подобные участки в других категориях землепользования (сенокосы, заповедники, заказники), ставя задачу выполнения ими не только хозяйственной, но и восстановительной санморегулирующей функции в степном ландшафте.
В четвертой главе дана характеристика лПочвенного покрова региона исследований.
4.1. Черноземы и лугово-черноземные почвы Азово-Кубанской низменности
На территории Краснодарского края в пределах Азово-Кубанской низменности чернноземы занимают обширные площади - 3530,1 тыс.га. На них расположена большая часть пахотных земель.
Свойства черноземов многообразны, однако их генетическое строение имеет общие черты:
Горизонт А - гумусово-аккумулятивный, однородной темно-серой окраски со слабым буроватым оттенком. Интенсивность темного окрашиванния увеличивается от обыкновенных к типичным и, особенно, к черноземам выщелоченным.
Горизонт АВ - нижняя часть гумусового профиля, однородное гумусовое окрашивание ослабевает. Ясно наблюдаются буроватые и коричневые тона, однако общий фон окраски - однородный, нарушаемый только у черноземов обыкновенных и типичных беленсыми выделениями карбонатного мицелия. Нонвообразования землероющих животных (кротонвины, червороины) встречаются во всех чернонземах.
Горизонт В Ц переходный, неоднородный по окраске, с преобладанием бурых тонов. У промытых от карбонатов черноземов наблюдаются затеки гумуса. Неоднородность окраски в горизонте В создается интенсивной перерытостью, налинчием кротовин и червороин, гумусовыми пятннами, новообразованиями карбонатов (миценлий, прожилки, белоглазка).
Горизонт Вк - иллювиальный карбонатно-десуктивный, с обилием конкреционных новообразований извести в виде белоглазки и журавчиков. Общее накопление СаСО3 достингает 10-14%. С глубиной количество извести уменьшается. Нижняя граница профиля черннозема определяется стабильным количеством СаСО3, характерным для материнской поронды.
Горизонты А + АВ определяют мощность гумусового профиля. Она изменяется в широнких пределах от 60 до 150 см, однако у почв, слагающих равнинную территорию, как правило, не менее 90 см.
В пределах Азово-Кубанской низменности выделяются следующие подтипы черноземов:
- обыкновенные (карбонатные) - 2775,4 тыс. га;
- типичные - 678 тыс. га;
- выщелоченные - 76,7 тыс. га.
Черноземы обыкновенные (карбонатные) отличаются присутствием карбонатов с понверхности почвы или в пределах верхнего 30-ти сантиметрового слоя почвы;
черноземы типичные вскипают от 10% соляной кислоты (начало появления карбонатов) в средней части гумусового профиля;
черноземы выщелоченные содержат карнбонаты ниже гумусового профиля.
По мощности гумусового слоя черноземы равнины относятся к сверхмощным видам, мощность горизонтов А +АВ составляет в среднем - 130-142 см при колебаниях от 126 до157 см.
У черноземов типичных вскипание от 10% соляной кислоты наблюдается с 65 см, карбонатная плесень с 82 см, белоглазка со 109 см, черноземы выщелоченные вскипают с глубины 167 см, карбонатные образования наблюдаются со 168-173 см.
Гранулометрический состав черноземов легкоглинистый и тяжелосу-глинистый с содержаним физической глины в пахотном слое 60,9 - 66,9% и 56,9-59,4% соответственно.
Структурное состояние пахотного и глубжележащих горизонтов хоро-шее и удовлетворительное. Плотность черноземов возрастает вниз по гумусовому профилю. Если в горизонтах Ап и А величина плотности почвы составляет 1,25-1,31 г/см3, то в горизонте АВ1 - 1,36-1,38 г/см3, а в горизонте АВ2 - 1,37-1,43 г/см3, что свидетельствуют о слабоуплотненном сложении всего гумусового профиля черноземов. Отмечается несколько большее уплотнение средней части профиля черноземов выщелоченных по отношению к обыкновенным.
Таблица 1 - Морфометрические показатели черноземов
Количество рразрезов | Показатели | Глубина нижней границы, см | Верхняя граница, см | ||||||
вскипа-ния | появления карбонатов | ||||||||
плесени | белоглазки | ||||||||
Ап | А | АВ1 | АВ2 | В | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Черноземы типичные сверхмощные | |||||||||
124 | M | 27 | 54 | 96 | 133 | 174 | 65 | 82 | 109 |
3,0 | 5,80 | 9,20 | 13,8 | 14,0 | 22,47 | 28,14 | 32,00 | ||
m | 0,14 | 0,27 | 0,43 | 0,67 | 0,86 | 1,82 | 2,27 | 2,23 | |
Черноземы обыкновенные сверхмощные | |||||||||
335 | M | 26 | 51 | 93 | 130 | 160 | с пов | 60 | 82 |
3,15 | 5,46 | 9,66 | 5,46 | 10,5 | с пов | 27,4 | 15,2 | ||
m | 0,28 | 0,47 | 0,83 | 0,47 | 0,91 | с пов | 2,12 | 2,07 | |
Черноземы выщелоченные сверхмощные | |||||||||
621 | M | 26 | 63 | 97 | 142 | 167 | 167 | 168 | 173 |
5,2 | 7,80 | 11,60 | 15,00 | 17,00 | 14,0 | 28,0 | 14,00 | ||
m | 0,20 | 0,31 | 0,46 | 0,60 | 0,74 | 0,84 | 1,62 | 0,98 | |
По количеству гумуса в пахотном слое черноземы относятся к мало- и слабогумусным видам с содержанием гумуса (в горизонте Ап) в среднем 3,0-4,2% (низкое содержание гумуса).
Распределение гумуса в профиле черноземов равномерное, с постепенным уменьшением вниз по профилю.
Черноземы обладают очень высокой суммой поглощенных оснований, которая в пахотном горизонте составляет 31,2-42,2 мг-экв. на 100г почвы, причем 66,4-91,6% приходится на долю поглощенного кальция.
- угово-черноземные почвы на территории, относящейся к Азово-Кубанской низменности, сформировались по днищам западин и неглубоких балок среди черноземов. Почвообразующими породами для них являются видоизмененные лессовидные отложения различной мощности (2-15 м и более) глинистого гранулометрического состава.
Тип лугово-черноземных почв (по Классификации почв СССРЕ, 1977) по условиям увлажнения подразделяется на два подтипа:
- луговато-черноземные почвы с периондическим кратковременным или временным переувлажнением в зимне-весенний период водами поверхностного стока и практически невыраженным влиянием глубокозалегающих грунтовых вод;
- лугово-черноземные почвы с периодинческим поверхностным пере-увлажнением (аналогично вышеописанным) и постоянной подпиткой капиллярной каймой неглубокозалегающих грунтовых вод (2-3 м).
Морфологическое различие этих подтипов почв заключается в выраженности гидроморфных признаков: в первом подтипе они практически не выражены во всей толще почв; во втором подтинпе прожилки ржавчины и мелкие марганцево-железистые дробовины выявляются в горизонтах В и ВС, горизонт С часто слабооглеен.
На уровне рода в типе лугово-черноземных почв выделяются лугово-
черноземные слитые, площадь которых в пределах территории Азово- Кубанской низменности, согласно нашим исследованиям, составляет
135,0 тыс. га.
Главная морфологическая особенность лугово-черноземных слитых почв - наличие в профинле уплотненного горизонта АВ или В на глунбине 60-120 см. Этот горизонт имеет высокую плотность - 1,45-1,80 г/см, имеет иллювиальное происхождение, что поднтверждается несколько повышенным (на 5-10%) содержанием в нем илистых частиц. Он отнличается крайне низкой водопроницаемостью и считается причиной поверхностного перенувлажнения описываемых почв.
Степень развития слитогенеза в профиле лугово-черноземных почв отражается на родовом уровне: слабослитые (уплотненные) и слитые. В большинстве случаев проявляется тесная связь между степенью пере-увлажнения и слитогенеза, в комплексе составляющих сущность процесса гидрометаморфизма - луговато-черноземные почвы, чаще всего, уплотненные, лугово-черноземные, как правило, слитые.
Мощность гумусового профиля лугово-черноземных почв составляет в среднем 107-144 см (мощные и сверхмощные виды). Гидроморфные признаки в виде ржавых и охристых пятен обнаруживаются в среднем с глубины 141 см у слабослитых и с 57 см у слитых, у последних с 90 см присутствуют пятна оглеения (табл.2).
Гранулометрический состав почв преимущественно легкоглинистый с содержанием физической глины в пахотном горизонте 62,3- 66,9%, в средней части профиля данных почв (горизонт АВ2) содержание физической глины и содержание илистой фракции заметно возрастают (физической глины - 66,2-72,9%, ила - 46,2-52,3%), что способствует увеличению плотности сложения и отрицательно сказывается на водно-воздушном режиме почв.
Плотность почвы в пахотном слое луговато-черноземных слабослитых почв составляет 1,25-1,32 г/см3, в подахотном 1,33-1,40 г/см3, а в нижележащих гумусовых горизонтах 1,42-1,51 г/см3, у лугово-черноземных слитых почв в слитом горизонте до 1,8 г/см3
Таблица 2 - Морфометрические показатели лугово-черноземных почв
Количество рразрезов | Показатели | Глубина нижней границы, см | Верхняя граница, см | ||||||
вскипа-ния | появления гидроморфных признаков | ||||||||
полутор-ных окис-лов | пятен огле-ения | ||||||||
Ап | А | АВ1 | АВ2 | В | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
уговато-черноземные уплотненные | |||||||||
55 | M | 26 | 52 | 98 | 145 | 171 | 155 | 141 | - |
2,42 | 8,8 | 9,46 | 9,24 | 12,65 | 14,85 | 20,80 | - | ||
m | 0,33 | 1,17 | 1,26 | 1,24 | 1,92 | 3,24 | 4,24 | - | |
угово-черноземные слитые | |||||||||
77 | M | 24 | 52 | 73 | 107 | 127 | 120 | 57 | 90 |
4,20 | 12,32 | 17,49 | 19,74 | 23,94 | 1,50 | 9,36 | 13,8 | ||
m | 0,48 | 1,77 | 1,98 | 2,31 | 2,69 | 4,27 | 1,91 | 0,96 | |
Величина общей порозности в средней части профиля (АВ1, АВ2) находится в пределах 45,5-49,6% у луговато- черноземных и менее 40% у лугово-черноземных почв.
Количество гумуса в пахотном слое рассматриваемых почв составляет в среднем 3,4-4,3% (низкое и среднее содержание гумуса). Вниз по профилю наблюдается постепенное уменьшение гумусности до 0,4-0,7% в почвообразующей породе.
Валовые запасы органического вещества в гумусовом слое данных почв высокие и составляют 348,4-577,2 т/га.
Карбонаты кальция в гумусовом слое описываемых почв отсутствуют, в соответствии с этим и реакция почвенной среды в данных горизонтах нейтральная - рН 6,5-7,4.
4.2. Черноземы Кубанской наклонной равнины
Основную долю в почвенном покрове Кубанской наклонной равнины занимают черноземы выщелоченные. Весьма значительное распространение среди них получили черноземы выщелоченные уплотненные, слитые и мочаковатые, при этом разными исследователями на родовом уровне выделяются различные вариации - черноземы выщелоченные мочаковатые, черноземы выщелоченные уплотненные и слитые мочаковатые. Не вдаваясь в рассуждения о правомерности такого классификационного подхода, отметим, однако, общую для этих почв морфологическую закономерность: в их профиле присутствуют гидроморфные признаки, что, по нашему мнению, позволяет говорить об их гидрометаморфизме.
Общая площадь этих почв в настоящее время составляет 142014 га.
Почвообразующими породами для черноземов мочаковатых (гидрометаморфизованных) служат главным образом делювиальные, реже - третичные глины, еще реже- лессовидные отложения, котонрые также подстилаются третичными глинами. Мочаковатые черноземы большую часть года находятся в условиях повышенного и избыточного увлажнения. По степени мочаковатости среди них выделяются слабо-, средне- и сильномочаковатые.
Для черноземов мочаковатых характерно наличие гидроморфных приз-наков, выраженных выделениями окисных форм железа в виде ржавых точек и пятен и закисных его форм (признаков оглеения) - в виде сизовато-серых пятен и разводов, которые, в зависимости от степени переувлажненности, носят более или менее яркий характер и находятся на различной глубине.
По мощности гумусовых горизонтов черноземы мочаковатые подраз-деляются на сверхмощные (А+АВ в среднем составляет 123-128 см); мощные (А+АВ в среднем 91-104 см) и среднемощные (А+АВ в среднем 62-74 см);
По своему морфологическому строению черноземы мочаковатые близки к окружающим их (фоновым) черноземам выщелоченным и отличаются более грубой структурой, плотным сложением и признаками гидроморфизма (полуторные окислы, пятна оглеения) разной степенью выраженности.
Содержание физической глины (частиц менее 0,01мм) в верхней части профиля черноземов слабо- и среднемочаковатых среднеглинистого механинческого состава составляет 76,0 - 78,6%, легкоглинистого - 61,4 - 75,0%.
Почвы характеризуются неудовлетворительным структурным состоянием пахотного слоя, хорошим подпахотного и удовлетворительным глубжележащих гумусовых горизонтов.
По количеству гумуса в пахотном слое и верхней части горизонта А пастбищных угодий черноземы мочаковатые отнонсятся к среднегумусным, со средним содержанием гумуса на пахотных угодьях 6,0- 7,7%, на пастбищных - 6,4-7,8 % и малогумусным (на пахотных угодьях 4,9-5,7%, на пастбищных -5,2-5,6%). Преимущественное распространение получили малогумусные виды почв.
Содержание закисного железа в гумусовом профиле черноземов слабомочаковатых составляет 0,14-0,64 мг на 1000 г почвы, у среднемончаковатых - 1,50-2,58 мг.
Карбонаты кальция в гумусовых горизонтах черноземов выще-
оченных мочаковатьх отсутствуют, в соответствии с этим и реакция
почвенной среды в данных горизонтах колеблется от слабокислой
до нейтральной (рНвод. - 5,8-7,5), а в нижележащих горизонтах при
наличии карбонатов кальция (1,1-20,9%) становится щелочной рНвод. 7,6-8,6.
Черноземы мочаковатые не засолены. Количество воднорастворимкх
токсичных солей по профилю почв колеблется от 0,006 до 0,062% при хлоридно-сульфатном, сульфатно-хлоридном, хлоридном и сульфатном типах соленакопления.
В пятой главе Развитие деградации черноземов при переувлажнении рассматриваются концептуальные вопросы взаимосвязи и взаимообусловленности гидрометаморфизма и деградации (снижения производственной ценности и утраты способности выполнять экологические функции) почвы, здесь же приводится шкала оценки гидромета-морфизованных почв по степени деградации.
5.1. Схема деградации в наиболее общем виде выглядит следующим образом. Под влиянием группы факторов (ландшафтных и технологических) происходит изменение гидрологического режима почвы, её дегумификация, уплотнение, разрушение структуры.
Вследствие вышеуказанных изменений с нарастающей скоростью начинают действовать процессы слито- и глеегенеза. Отмеченный многими авторами процесс выщелачивания кальция может иметь место, но не является определяющим.
Эти почвообразовательные процессы вызывают глубокую перестройку всех компонентов почвы как дисперсной многофазной системы:
-твёрдая фазы почвы - изменение удельной поверхности, её гидрофили-зация, увеличение амплитуды объёмных деформаций;
- воздушная - перестройка порового пространства, заключающаяся в уменьшении пористости всех категорий и изменении соотношения пор по размерам и функциям (влагосохраняющих, влагопроводящих);
- жидкая - изменение основных гидрофизических констант, уменьшение диапазона доступной для растений влаги.
В свою очередь, эти изменения способствуют уплотнению почв, ухуд-шению их структуры, снижению водопроницаемости, что приводит к росту площадей переувлажненных земель. На переувлажненных участках Азово-Кубанской низменности вследствие просадочных явлений в лёссовидных породах происходят изменения в геоморфологическом облике территории: увеличиваются в размерах и по глубине существующие понижения (балки, потяжины, западины) и появляются новые. Черноземы Кубанской наклонной равнины, однажды получив импульс в виде избыточного увлажнения за счет верховодки эволюционируют (точнее деградируют) в том же направлении, при этом изменений в геоморфологическом облике территории, связанных с развитием гидрометаморфизма не происходит.
В этой схеме причины и следствия могут меняться местами, но итог остаётся одним и тем же - деградация почв.
5.2. Оценка степени деградации черноземов
По степени проявления деградации (табл. 3) все изученные почвы разделены на четыре класса, из которых один класс (нулевой) объединяет почвы, незатронутые деградационными процессами, а три оставшихся соответствуют разным степеням ее (слабая, средняя, сильная).
Таблица 3 - Оценка гидрометаморфизованных почв по степени
деградации (2008 г.)
Показатели физического состояния | Классы | |||
0 | I | II | III | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1.Удельная поверхность, м/г | <114,0 | 114,0-118,0 | 118,1-122,0 | >122,0 |
2. Объемная усадка,% | <15,0 | 15,0-20,0 | 20,1-25,0 | >25,0 |
3. Ход усадки (tg x 1000) | <20,0 | 20,0-25,0 | 25,1-30,0 | >30,0 |
4.Пористость, % | ||||
общая | >50 | 50,0-46,0 | 46,1-42,0 | <42,0 |
агрегатов (3-10мм) | >26 | 26,0-21,0 | 21,1-16,0 | <16,0 |
межагрегатная | >30 | 30,0-26,0 | 26,1-22,0 | <22,0 |
5. Содержание пор,% | ||||
влагосохраняющих | >40 | 40,0-35,0 | 35,1-30,0 | <30,0 |
влагопроводящих | >12,0 | 12,0-10,0 | 10,1-8,0 | <8,0 |
6.Равновеcная плотность, г / см | <1,35 | 1,35-1,40 | 1,41-1,45 | >1,45 |
7.Агрегатный состав: | ||||
содержание агрономически ценных агрегатов (0,25-10мм), % | >75,0 | 75,0-60,1 | 60,0-45,0 | <45,0 |
содержание водопрочных агрегатов (0,25-5,0мм), % | >65,0 | 65,0-50,1 | 50,0-35,0 | <35,0 |
8. Содержание доступной воды, % | >15,0 | 15,0-12,1 | 12,0-10,0 | <10,0 |
Удельная поверхность почвы (УП), как одна из важнейших характеристик ее физического состояния, хоть и не является в строгом смысле агрофизическим свойством почвы, неоднократно использовалась В.Г. Витязевым (1985), Э. Китсе (1971), Б.Н. Мичуриным (1975), П.М. Сапожниковым (1992) и др. в качестве показателя степени деградации почв.
Впервые нами использован показатель Т, характеризующий ход усадки почвы в процессе ее высушивания, представляющий собой тангенс угла наклона касательной кривой зависимости плотности почвы от ее влажности к оси абсцисс, для удобства использования он (показатель) умножен на безразмерный коэффициент 1000. В математическом смысле предлагаемый показатель представляет собой производную функции плотности почвы от ее влажности, в физическом - показывает скорость изменения плотности почвы при изменении ее влажности.
Оценка изменений агрегатного состава в принципе соответствует общепринятым шкалам, в частности оценке по Н.А. Качинскому (1958), однако интервалы значений содержания агрономически ценных и водопрочных агрегатов, соответствующие разным классам деградации несколько отличаются от вышеупомянутой оценки.
Оценка динамики пористости (общей и агрегатной) имеет особенности, аналогичные агрегатному составу, что определяет и сферу ее возможного применения.
Впервые для оценки степени деградации почв использованы показа-тели, характеризующие структуру порового пространства (содержание влагопроводящих и влагосохраняющих пор), что стало возможным благодаря расчету ОГХ.
Как и в других системах (В.В. Медведев, 1988), в качестве одного из основных параметров, нами используется равновесная плотность, которая характеризует предел самоуплотнения почвы под действием естественных факторов после прекращения внешнего воздействия (обработки).
Еще одним показателем нашей системы показателей гидроморфной деградации, практически не встречающимся в других шкалах, является содержание доступной для растений воды. Этот показатель в практическом плане представляет интерес, так как объясняет причину дефицита влаги у растений, произрастающих на гидрометаморфизованных почвах даже при их большем, по сравнению с окружающими почвами, увлажнении.
В шестой, самой значительной по объему и содержанию главе Изменение агроэкологического состояния почв под влиянием гидрометаморфизма приведены результаты исследований (контактными и дистанционными методами) динамики площадей переувлажненных почв, анализа факторов развития гидрометаморфизма в почвах, динамики свойств почв во времени и специального исследования свойств гидрометаморфизованных почв на полигонах государственной сети мониторинга.
6.1. Динамика площадей переувлажненных земель (ППЗ)
Обобщение материалов почвенного мониторинга, выполненного институтом КубаньНИИгипрозем приводит к выводу, что процессы пере-увлажнения почв, в зависимости от влажности года (обеспеченности осадками) с различной интенсивностью проявляются на всей территории края.
На территории, относящейся в геоморфологическом плане к Азово-Кубанской низменности районами наиболее интенсивного проявления переувлажнения являются Динской, Тимашевский, Ейский и пригородные земли г. Краснодара.
Данные таблицы 4 показывают значительное, в 2-3 раза увеличение доли ППЗ в сельскохозяйственных угодьях этих районов, произошедшее за последние 30-40 лет. Прирост обусловлен, в основном, появлением новых очагов локального переувлажнения и, в меньшей мере, расширением существующих.
Таблица 4 - Распространение переувлажненных земель на территории
Краснодарского края по годам обследования
( КубаньНИИгипрозем)
Наименова-ние районов и городов | Площади с.-х. угодий, тыс. га | Площади переувлажнненных земель с/х угодий, тыс. га | Площади переувлажнненных земель в % от площади с.-х. угодий | ||||||
1972 | 1988-89 | 1997-98 | 1972 | 1988-89 | 1997-98 | 1972 | 1988-89 | 1997-98 | |
Динской | 151,1 | 162,3 | 96,3 | 23,0 | 14,3 | 28,6 | 15,2 | 8,8 | 29,7 |
Ейский | 157,6 | 155,7 | 148,9 | 17,1 | 32,3 | 38,1 | 10,9 | 20,7 | 25,6 |
Калининский | - | 111,5 | 105,5 | - | 20,6 | 24,1 | - | 18,5 | 22,8 |
Тимашевский | 191,2 | 121,8 | 114,2 | 21,7 | 16,2 | 23,5 | 9,0 | 15,2 | 20,5 |
г. Краснодар | 41,6 | 55,1 | 43,2 | 3,3 | 9,4 | 11,7 | 7,9 | 17,1 | 27,1 |
Абинский | 64,5 | 69,1 | 63,0 | 25,0 | 32,7 | 38,0 | 38,7 | 47,4 | 60,3 |
Северский | 67,2 | 66,3 | 56,4 | 14,8 | 26,4 | 40,3 | 22,0 | 39,8 | 71,4 |
абинский | 251,8 | 142,6 | 132,7 | 31,0 | 7,7 | 24,6 | 12,9 | 5,4 | 18,5 |
Отрадненский | 185,0 | 177,9 | 163,2 | 20,8 | 35,4 | 49,8 | 11,3 | 19,9 | 30,5 |
.Мостовской | - | 97,1 | 78,1 | - | 15,4 | 25,3 | - | 15,9 | 32,4 |
Переувлажнение, как правило, служит толчком к началу необратимых деградационных процессов в почвах отрицательных элементов рельефа и одновременно способствует образованию этих элементов, вследствие просадочности грунтов. В степной части Краснодарского края отчетливо прослеживается тенденция к увеличению площадей переувлажненных и заболоченных почв, что приводит к потенре генетической принадлежности всех подтипов черноземов, составляющих основу почвенного покрова степных и лугово-степных ландшафтов.
Данные об изменении структуры почвенного покрова получены нами на основании обобщения материалов почвенного обнследования Тимашевского района, проведенного институтом "КубаньНИИгипрозем" по трем периодам (турам): I - 1972 г., II - 1987 г., III - 2000 г. (табл. 5).
При первом обследовании 86% площади пашни занимали зональные типичные и обыкновенные чернозёмы, доля чернозёмов выщелоченных и выщелоченных уплотнённых, приуроченных к днищам балок составляла в сумме 7,2%, а лугово- и луговато-чернозёмных уплотнённых почв замкнутых понижений около 6%.
Через 15 лет (1987 г.) выщелоченные чернозёмы исчезли. Площадь зональных чернозёмов уменьшилась на 1,3%, за счёт чего увеличилась доля гидроморфных почв до 15,2% и появились лугово-чернозёмные слитые почвы.
Таблица 5 - Изменение структуры почвенного покрова степных агроландшафтов Тимашевского района (данные КубаньНИИгипрозем)
| Наименование почв | 1972 г. | 1987 г. | 2000 г. | |||
га | % | га | % | га | % | |
Чернозёмы типич-ные и обыкновенные | 123196 | 86,1 | 90323 | 84,8 | 84151 | 81,3 |
Чернозёмы выще-лоченные | 7052 | 4,9 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Чернозёмы выще-лоченные уплотнён-ные | 3259 | 2,3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
уговато-черно-зёмные уплотнённые | 1745 | 1,0 | 7443 | 7,0 | 7246 | 7,0 |
угово-чернозём-ные уплотнённые | 8232 | 5,7 | 5394 | 5,1 | 4399 | 4,3 |
угово-чернозём-ные слитые | 0 | 0 | 3318 | 3,1 | 7643 | 7,4 |
Всего | 143494 | 100 | 106478 | 100 | 103439 | 100 |
Далее этот процесс развивался по нарастающей, ещё через 13 лет доля зональных почв снизилась уже до 81,3%, а почти 19% составили их полу-гидроморфные аналоги (лугово- и луговато-чернозёмные почвы), причём конечным пунктом современной эволюции стали лугово-чернозёмные слитые почвы.
Динамика ППЗ на Кубанской наклонной равнине не столь очевидна, хотя общая тенденция увеличения площадей сохраняется. Здесь в условиях равнинно - и предгорно-холмистых ландшафтов усиление гидроморфизма проявляется в развитии мочаров.
Исследования, выполненные осенью-зимой 1997-1998 гг. (Кубаньводпроект, НИО Гея-НИИ) выявили увеличение площадей переувлажненных земель (ППЗ) в Предгорной зоне на Кубанской наклонной равнине (табл. 5).
Из представленных данных по распространению переувлажняемых земель на Предгорной зоне (табл.6) видно, что ППЗ составила 18,5-71,5 % от всех сельскохозяйственных угодий зоны. Площадь же переувлажнённых земель по Краснодарскому краю в этот же период достигла 13,3 %. При количественном сравнении ППЗ по краю и Предгорной зоне можно сделать вывод о том, что на Кубанской наклонной равнине происходит массовое переувлажнение чернозёмных плодородных почв. Последствие практически ежегодного переувлажнения почв в регионе оценивается однозначно - деградация плодородных почв.
Таблица 6 - Распространение переувлажненных земель на Кубанской наклонной равнине, тыс. га
№ п/п | Административ-ные районы | Длительное переувлажнение | Кратковременное переувлажнение склонов | Всего переувлажнённых земель с/х назначения | ППЗ в % от площади с/х угодий | |||||
Всего | Замкнутые понижения | Склоны | Подпор дорогами, лесополосами | Балки | Долины рек | |||||
1 | Абинский | 16,2 | 13,0 | - | 3,2 | - | - | 21,8 | 38,0 | 60,3 |
2 | Белореченский | 16,7 | 4,4 | - | 9,7 | 1,5 | 1,1 | 26,5 | 43,2 | 71,5 |
3 | Северский | 11,0 | 7,7 | - | Ц | 3,3 | - | 29,4 | 40,4 | 71,4 |
5 | абинский | 7,3 | - | 2,6 | 1,4 | 1,9 | 1,2 | 17,3 | 24,6 | 18,5 |
6 | Отрадненский | 24,6 | - | 13,8 | 5,2 | 5,4 | 0,7 | 25,2 | 49,8 | 30,5 |
7 | Мостовской | 12,1 | - | 6,1 | 3,1 | 2,1 | 0,8 | 13,2 | 25,3 | 32,4 |
ВСЕГО | 87,9 | 25,1 | 22,5 | 22,6 | 14,2 | 3,8 | 133,4 | 221,3 | ||
Динамику структуры почвенного покрова и ее связь с распространением ППЗ на Кубанской наклонной равнине трудно установить в связи с весьма неоднозначным подходом к картированию этого региона, большой долей субъективизма в диагностике мочаковатых, уплотненных, слитых почв с одной стороны и особенностями учета ППЗ - с другой. Кроме этого, отсутствие взаимосвязи между ареалами распространения гидрометаморфизованных почв и геоморфологией в этом регионе вообще делает решение этой задачи весьма проблематичным.
Использование аэрофото- и космических снимков для наблюдения за динамикой ППЗ (6.1.1. и 6.1.2.) позволяет с одной стороны повысить объективность оценки масштаба изучаемого явления, с другой - значительно снизить трудоемкость процесса.
Результаты исследований и практический опыт показывают, что информационное обеспечение системы мониторинга земель целесообразно базировать на основе космической информации, обладающей уникальными свойствами единовременного охвата больших площадей (миллионы га) в сочетании с высокой детальностью на местности (метры), и космических навигационных систем, позволяющих определить координаты земельных участков с сантиметровой точностью.
Для выполнения работ нами использовалась информация спутника Quick Bird (США). На снимках, выполненных со спутника (разрешение 60 см) хорошо различаются элементы рельефа, характерные для разных типов ландшафтов (Рис.2).
а) б)
Рисунок 2 - Низменно-западинные (а) и равнинно-эрозионные (б)
андшафты Тимашевского района на спутниковых снимках с
Quick Bird (2004.04.02)
В результате дешифрировании космических снимков, хорошо различимы участки длительно переувлажненных и подтопляемых земель и практически не различаются участки временно переувлажняемых земель, что указывает на ограниченные возможности применения космических снимков для диагностики почв временно переувлажняемых участков, соответствующих начальной стадии деградации почв. Изменения, происходящие в средней части профиля черноземов на глубине 60-90 см вообще не находят своего отражения в спектральных характеристиках поверхности почв и не идентифицируются дистанционными методами исследования.
6.2. Факторы развития гидрометаморфизма в почвах
Обобщение литературных данных и личных исследований позволяет сделать вывод, что причиной возникновения и развития гидроморфизма и слитогенеза в исходно автоморфных агроландшафтах Северо-Западного Кавказа степной зоны является сочетание двух групп факторов: 1) природных предпосылок; 2) комплекса антропогенных воздействий, выступающих основным пусковым механизмом развития.
Нами выделены следующие группы факторов, обусловленных естественных развитием территории (6.2.1):
Климатические факторы. Основным источником влаги на Азово-Кубанской низменности и Кубанской наклонной равнине (территории распространения гидрометаморфизованных почв) являются атмосферные осадки. В связи с этим важна, во-первых, оценка многолетнего тренда выпадения осадков и, во-вторых, наличие влажных лет в многолетних циклах.
Прямой зависимости ППЗ от величины годовой суммы осадков не наблюдается, кроме того, сопоставление климатических показателей различ-ных физико-географических районов и распространения в них ППЗ, как во влажные, так и в средние по влажности годы, указывает на отсутствие зависимости ППЗ от коэффициента увлажнения. Из вышесказанного следует, что иные, не климатические факторы могут занимать в процессе распространения ППЗ не менее важное, а иногда и ведущее положение.
Геоморфологические факторы. Анализ картографических, литературных мантериалов и личных наблюдений приводит к выводу, что развитие гидроморфизма в черноземах на водораздельных пространствах Азово-Кубанской низменности связано главным образом с развинтием просадочных явлений, образованием и ростом бессточных понижений.
Изменение подового понижения после инициальной просадки состоит в расширении ареала промачивания в сторону наименее выраженных склонов.
Взаимодействие и однонаправленность этих процессов обеспечивают прогрессирующий рост подового понижения, обусловливая его глубину, форму, рельеф и переработку территории, следовательно, разрушение и деградацию почвенного покрова.
В отношении обусловленности переувлажнения части территории Кубанской наклонной равнины геоморфологическим фактором достоверных данных практически нет, приходится констатировать с одной стороны слабую изученность этого аспекта, с другой - более существенную роль в исследованном процессе литологического фактора.
Гидрогеологические факторы. Замкнутые элементы рельефа на Азово-Кубанской низменности, независимо от их генезиса, характеризуются низкой естественной дренированностью, а часто и вообще её отсутствием. В степной, равнинной части края роль естественных дрен играли степные реки с разветвлённой балочной системой, в настоящее время они полностью зарегулированы, превратились в цепь прудов, что способствует росту ППЗ.
Переувлажнение земель Кубанской наклонной равнины определяет сумма осадков и их перераспределение на поверхности почвы в холодный период года (XI-III месяцы). В этот период поступление осадков значительно превышает испарение.
итологические факторы. В литологическом отношении территория, где имеет место гидрометаморфизм почв весьма неоднородная. Подробная характеристика почвообразующих пород приведена в соответствующих разделах работы.
Почвообразующими породами Азово-Кубанской низменности повсеместно являются лёссовидные отложения, одной из важнейших особенностей их является просадочность.
Кубанская наклонная равнина сложена различными по происхождению, возрасту и вещественному составу почвообразующими породами: третичные породы морского и континентального происхождения перекрываются, а часто соседствуют с делювиальными отложениями. Они являются водоупором и, практически, главной причиной переувлажнения сформировавшихся на них почв - мочаков литогенно-климатогенного происхождения.
Оценка совместного влияния сочетания факторов (климат и геоморфология) выполненная нами по методике Хитрова показала следующее:
1. Вероятность проявления гидрометаморфизма на черноземах обыкновенных водораздельных пространств Азово-Кубанской низменности невысока (оценка от очень низкой до средней) только при условии отсутствия достижения влажности почв, равной НВ в слое 0-200 см.
2. Оценка проявления процесса для почв мелких западин (от средней до очень высокой) говорит о высокой опасности деградации почв, как периферийных пространств, так и центральных территорий. В днищах глубоких западин (лпадей) контрастный водный режим из-за более длительного переувлажнения менее вероятен, в связи, с чем оценка опасности деградации ниже - от средней до высокой.
3. Для почв Кубанской наклонной равнины оценка носит несколько размытый характер в связи с неучтенностью литологического фактора.
6.3. Динамика свойств черноземов под влиянием гидрометаморфизма
Разделы 6.3.1.-6.3.2. Морфологические свойства почв низменно-западинных ландшафтов Азово-Кубанской низменности различаются, и эти различия обусловлены, в первую очередь характером водного режима различных элементов западинного рельефа. В профиле почв понижений по сравнению с чернозёмами повышенных участков, начиная с подпахотного горизонта, отмечается увеличение плотности сложения и укрупнение структуры. Эти отличия наиболее отчётливо просматриваются у почв с максимальным проявлением гидроморфизма - лугово-чернозёмных и луговых слитых. Количественная оценка отличий в плотности и агрегатном составе приводится в соответствующих разделах работы.
Для гидрометаморфизованных (мочаковатых) черноземов Кубанской наклонной равнины характерно наличие гидроморфных признаков в виде ржавых точек, пятен окисных форм железа и признаков оглеения - в виде сизовато-серых пятен и развондов, которые в зависимости от степени переувнлажнения носят более или менее яркий характер и находятся на различной глубине.
В микроморфологическом строении почв отмечены следующие особенности:
- плазма черноземов водораздельных территорий изотропна, с мозаич-ным типом микростроения, лугово-черноземных слитых и особенно чернозе-мов мочаковатых - анизотропна струйчатая гумусово-глинистая с мелкоком-коватой ориентацией;
- поровое пространство черноземов, не испытавших гидрометамор-физма представлено, в основном трубчатыми, реже пузырьковыми порами, черноземах мочаковатых, кроме трубчатых пор присутствуют трещиноватые, в лугово -черноземных слитых почвах они доминируют;
-новообразования в черноземах плакорных территорий представлены исключительно выделениями карбонатов (выцветы, псевдомицелий, конкреции, наиболее характерными новообразованиями (конкрециями) черноземов мочаковатых являются сравнительно крупные, размером до 5 мм, ортштейны, для лугово-черноземных слитых почв западин характерен несколько иной тип новообразований: железо выделяется в отдельные локализованные конкреции (дробовины).
Разделы 6.3.3.-6.3.4. Изменение водного режима чернозёмных почв, приводит к изменению состава обменных оснований, увеличивая нена-сыщенность ППК. Сумма обменных оснований в профиле луговато-чернозёмных уплотнённых почв уменьшается по сравнению с чернозёмами на 5,5-6,1 мг/экв на 100 г почвы, развитие слитогенеза в нижней части профиля лугово-чернозёмных слитых почв приводит к увеличению суммы обменных оснований на 5,5-10,5% по сравнению с пахотным слоем. Изменение суммы обменных оснований в почвах, подверженных гидро-метаморфизму, сопровождается увеличением доли поглощённого магния на 4,5-6,3%.
Исследования динамики органического вещества почв различных элементов агроландшафта за длительный период (45лет) позволяют констатировать на фоне общей потери органического вещества более высокие темпы дегумификации почв отрицательных элементов рельефа: 7,0-7,7% от первоначального количества у чернозёмов, 5,4-12,8% у луговато- и лугово-чернозёмных уплотнённых и слитых и до 17,8% у слитых осолоделых. Соответственно темпам дегумификации содержание гумуса в пахотном слое почв понижений заметно (на 0,5-1,7%) ниже, чем в чернозёмах.
При развитии гидроморфизма в почвах происходит трансформация соединений Fe и Mn и их миграция, метаморфизация органического вещества, наиболее быстрые и кардинальные изменения при переувлажнении почв касаются их ОВ (окислительно-восстановительного) состояния (табл.7).
Таблица 7 - Химический состав мочаковатых почв
Глубина образца | Содержание гумуса, % | ОВП, mV | Содержание Fe O, мг/кг почвы | Коэффициент окисленности железа |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Черноземы слабомочаковатые | ||||
0-15 | 5,9 | +400 | 0,25 | 0,75 |
50-60 | 5,2 | +350 | 0,32 | 0,70 |
90-100 | 3,2 | +320 | 0,61 | 0,68 |
Черноземы сильномочаковатые | ||||
0-15 | 7,3 | +300 | 0,80 | 0,67 |
50-60 | 5,8 | +250 | 1,85 | 0,65 |
90-100 | 3,1 | +200 | 2,17 | 0,62 |
У черноземов мочаковатых четко прослеживается тенденция снижения ОВП при усилении гидрометаморфизма - от +320-400 mV у слабомочако-ватых до +200-300 mV у сильномочаковатых.
Содержание закисного железа (FeO) увеличивается от 0,22-0,80 мг/кг
в верхних слоях почв до 0,61-2,17 мг/кг в горизонтах максимального проявления глеегенеза (90-100 см).
Между ОВП и содержанием закисного железа существует корреляции-онная зависимость, сила которой определяется степенью проявления гидро-метаморфизма, коэффициент корреляции r=0,75-0,99.
В разделе 6.4. Исследование свойств почв на специальных полигонах приведены результаты исследований с целью получения характеристик, которые по-нашему мнению, составляют основное содер-жание гидрометаморморфизма: удельная поверхность, зависимость плотности почв от влажности, водопроницаемость, структурное состояние, динамика порового пространства почв, усадка и набухаемость, основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) почв, окислительно-восстановительный потенциал:
- в гидрометаморфизованных (мочаковатых) почвах Кубанской наклонной равнины показатели общей удельной поверхности дифференцированы по профилю, в верхней части профиля почв 134-166 м/г. В почвообразующих породах мочаристых почв и почв без признаков переувлажнения величины удельной поверхности колеблются около 100-110 м2/г. В почвах Азово-Кубанской низменности, где заметно проявление гидроморфизма и слитогенеза удельная поверхность повышается с глубиной и составляет от 119,2-121,3 м/г в пахотном слое до 122,4-125,1 м/г в иллювиальном горизонте.
- характер зависимости плотности от влажности для гидромета-морфизованных почв Азово-Кубанской низменности и Кубанской наклонной равнины един, графиком зависимости является кривая, наклон которой (критерий Т) хорошо коррелирует (r=0,7-0,9) с удельной поверхностью и объемной усадкой почв, связь с гранулометрическим составом средняя (r=0,30-0,58) у почв начальной степени деградации и сильная (r=0,70-0,87) у черноземов сильномочаковатых и лугово-черноземных слитых.
- при некотором различии в скорости водопроницаемости (коэффициента фильтрации) почв Азово-Кубанской низменности и Кубанской наклонной равнины общей закономерностью является уменьшение водопроницаемости почв по мере увеличения степени развития гидрометаморфизма (рис.3).
- при всём разнообразии способа интерпретации данных макроагрегатного (сухое и мокрое просеивание) анализа общим является факт ухудшения структурного состояния почв в рядах чернозёмы выщелоченные лугово-чернозёмные слитые и черноземы выщелоченные
черноземы выщелоченные мочаковатые (в различной степени), выражающееся в увеличении содержания глыбистых агрегатов в профиле почв, подверженных гидрометаморфизму и соответствующего снижения содержания агрономически ценных агрегатов в горизонтах максимального проявления слито- или глеегенеза на 10,2-30,8%.
- для черноземов мочаковатых Кубанской наклонной равнины характерна несколько большая, по сравнению с их аналогами на Азово-Кубанской низменности, деградированными согласно нашей оценочной шкале в равной степени общая пористость, которая составляет 43,4-50,4%. Различия общей пористости по профилю несущественны при уровне вероятности 95% для слабо - и среднемочаковатых черноземов, отнесенных согласно нашей оценке к почвам с высокой степенью и значимы для сильномочаковатых черноземов с очень высокой степенью проявления гидрометаморфизма.
Рисунок 3 - Прогноз изменения водопроницаемости почв
при их гидрометаморфизме
Почвы Азово-Кубанской низменности
Почвы Кубанской наклонной равнины
1- Черноземы выщелоченные и обыкновенные
2- Луговато-черноземные уплотненные и черноземы слабомочаковатые
3- Лугово-черноземные слитые и черноземы среднемочаковатые
4- Солоди лугово-степные и черноземы сильномочаковатые
Различия в пористости агрегатов (ПА) черноземов мочаковатых как по размерам агрегатов, так и по горизонтам носят разнонаправленный характер, однако обращает на себя внимание факт их меньшей дифференциации ПА в зависимости от степени гидрометаморфизма и размера агрегата - 5,5-7,0% против 9,4-11,1% у почв Азово-Кубанской низменности в ряду черноземы выщелоченные лугово-черноземные слитые. Это обстоятельство объясняется меньшей ролью (возможно и полным отсутствием) слитогенеза в формировании мочаковатых почв.
- объёмная усадка исследованных почв в связи с их различием по удельной поверхности твёрдой фазы, связанной с различным содержанием тонких фракций гранулометрического состава (ила и мелкой пыли) отличается весьма существенно: от 8% у чернозёмов выщелоченных до 30% в горизонтах максимального проявления слитогенеза и гидроморфизма в почвах понижений. Обращает на себя существенно меньшая величина объемной усадки гидрометаморфизованных почв Кубанской наклонной равнины, составляющая 15% у слабомочаковатых, 17% у средне- и 19% у сильномочаковатых разновидностей против 19-30% у гидромета-морфизованных почв Азово-Кубанской низменности.
- из графиков ОГХ (по программе Сапожникова) следует важное обстоятельство: диапазон влажности, при которой почва ведет себя как упруговязкое пластичное тело (согласно модели Барджерса) сужается по мере усиления степени мочаковатости от 25% у слабомочаковатых до 15% у сильномочаковатых. Диапазон доступной влаги проявляет устойчивую тенденцию снижения при изменении использования от 14,6-16,3% у чернозёмов залежи до 10,9-13,4% у пахотных и при усилении степени гидроморфизма и слитизации до 9,8-10,3% у лугово-чернозёмных слитых почв.
- окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) даже в почвах начальной степени гидрометаморфизма (луговато-черноземных уплотненных) +520-570 mV заметно ниже, чем у исходных черноземов (+590-600 mV) и еще ниже у лугово-черноземных слитых - до +320 mV в слитом горизонте на глубине 90-100 см.
В седьмой главе Влияние гидрометаморфизма на производ-ственную ценность и экологические функции почв рассмотрены разные аспекты снижения качества почв, затронутых гидрометаморфизмом.
Проблема состоит в том, что при использовании гидрометамор-физованных почв в сельскохозяйственном производстве (пашне) возникает,
с одной стороны, необходимость повышать затраты на производство, с другой - они не приводят к росту урожая, а напротив, наблюдается его уменьшение. Для оценки влияния исследованного процесса предложено использование балла бонитета почв и зернового эквивалента.
Необходимо также отметить определенные ограничения в применении зернового эквивалента к гидрометаморфизованным почвам, связанные с периодичностью получения урожая озимых зерновых (основной компонент):
- луговато- и лугово-черноземные уплотненные - 7 раз в 10 лет
- лугово- черноземные слитые 5 раз в 10 лет
- луговые слитые 2-3 раза в 10 лет
- черноземы слабо- и среднемочаковатые 2-3 раза в 10
Анализ данных по зерновому эквиваленту приводит к следующим выводам:
1. Развитие гидрометаморфизма снижает производственную ценность почв Азово-Кубанской низменности на 25-47% (14-26,5 ц/га); Кубанской наклонной равнины на 39-54% (21-29,4 ц/га).
2. Ущерб (в ценах 2012г) от гидрометаморфизма за счет недополученной продукции и с учетом динамики площадей почв за период 35 лет составляет в целом 2436000 тыс. руб., из них:
- по Азово-кубанской низменности 1260000 тыс. руб.,
- по Кубанской наклонной равнине 1176000 тыс. руб.
В отношении экологических функций (табл. 8) прослеживается тенден-
ция изменения структуры порового пространства, проявляющаяся в снижении, в первую очередь, доли влагосохраняющих пор: в связи с меньшей выраженностью слитогенеза в мочаковатых почвах Кубанской наклонной равнины для них этот показатель не превышает 23% от фоновых почв (черноземов обыкновенных), тогда как в лугово-черноземных почвах он достигает 40%. Количество доступной влаги при избытке ее общих запасов снижается в 1,6-2, 0 раза при развитии гидрометаморфизма, что объясняет, в определенной степени явление физической засухи на переувлажненных землях.
Таблица 8 Ц Зависимость экологически значимых физических показателей от степени выраженности гидрометаморфизма
Наименование почв | Степень выражен-ности деграда-ции | Показатели | ||||
плотность % | порис тость общая, % | содержание пор,% | количест- во доступной влаги, % | |||
влаго-прово-дящих (<50 мкм) | влагосохра-няющих (>50 мкм) | |||||
Азово-Кубанская низменность | ||||||
Черноземы обыкновенные | нет | 1,32 | 52,1 | 42,1 | 10,9 | 17,5 |
Черноземы типичные | нет | 1,35 | 50,7 | 40,1 | 10,2 | 18,0 |
Черноземы выщелоченные | нет | 1,39 | 46,6 | 39,0 | 12,0 | 15,0 |
уговато-черноземные уплотненные | слабая | 1,42 | 43,0 | 34,7 | 9,8 | 11,0 |
угово-черноземные уплотненные | слабая | 1,45 | 42,0 | 33,1 | 10,0 | 10,5 |
угово- черноземные слитые | средняя | 1,60 | 41,6 | 32,1 | 8,5 | 9,8 |
уговые слитые | сильная | 1,62 | 40,3 | 25,7 | 7,2 | 9,0 |
уговые слитые осолоделые | сильная | 1,67 | 39,1 | 24,3 | 6,5 | 8,7 |
Кубанская наклонная равнина | ||||||
Черноземы выщелоченные | нет | 1,40 | 48,6 | 37,0 | 10,0 | 16,7 |
Черноземы слабомочаковатые | слабая | 1,42 | 47,0 | 35,1 | 11,0 | 11,7 |
Черноземы среднемочаковатые | средняя | 1,57 | 45,0 | 33,4 | 9,8 | 10,2 |
Черноземы сильномочаковатые | сильная | 1,62 | 41,0 | 32,0 | 8,2 | 10,0 |
В восьмой главе Эколого-экономическая оценка гидрометамор-физованных почв изложены результаты полевых опытов по исследованию Влияния обработок и систем удобрений на агрофизические свойства почв низменно-западинных агроландшафтов Азово-Кубанской низменности разд. 8.1. и Эффективности мелиоративных (агротехнических) мероприятий на почвах равнинно-холмистых агроландшафтов Кубанской наклонной равнины разд. 8.2., а также (разд. 8.3.) лСравнительная оценка эффективности и энергозатрат видов проведённых агротехнических мероприятий.
Наиболее биоэнергетически эффективной культурой на почвах низменно-западинного агроландшафта является озимая пшеница. Коффициент чистой эффективности в среднем по агротехнологиям превышал аналогичный показатель при возделывании сахарной свеклы в 4,1 раза.
Для озимой пшеницы оптимальной является базовая, для сахарной свеклы, кукурузы на зерно и сои - мелиоративная технология (табл. 9).
Таблица 9 - Оценка экономической эффективности технологий возделывания сельскохозяйственных культур на гидрометаморфизованных почвах
Технология | Культура | Показатели | ||
урожайность, т/га | себестоимость 1 т, руб | уровень рентабельности, % | ||
Базовая | озимая пшеница | 7,31 | 1203,0 | 132,7 |
кукуруза на зерно | 7,82 | 1480,0 | 166,0 | |
сахарная свекла | 43,7 | 4402,0 | 127,2 | |
соя | 1,90 | 6353,6 | 136,1 | |
Мелио- ративная | озимая пшеница | 7,45 | 1292,0 | 116,7 |
кукуруза на зерно | 8,1 | 1500 | 171,1 | |
сахарная свекла | 47,47 | 3739,0 | 167,5 | |
соя | 1,90 | 6337,9 | 136,7 | |
Энергосбере-гающая | озимая пшеница | 6,98 | 1338,0 | 109,3 |
кукуруза на зерно | 6,23 | 1750,0 | 128,0 | |
сахарная свекла | 37,02 | 4862,0 | 105,7 | |
соя | 1,67 | 7031,7 | 113,3 | |
Примечание: цены по озимой пшенице - 2009 г., кукурузе на зерно - 2008 г., сахарной свекле - 2009 г., сое - 2007 г.
Проведенные исследования показали высокую эффективность мелиоративной и базовой технологий в отношении уровня плодородия почв низменно-западинного агроландшафта и урожайности сельскохозяйственных растений, что дает возможность рекомендовать производству дифференцированный подход к выбору технологий выращивания полевых культур, обеспечивающих максимальную экономическую эффективность.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Площадь гидрометаморфизованных почв Северо-Западного Кавказа в пределах Краснодарского края увеличилась за 50 лет (1957-2007 гг.) - на 103,0 тыс. га и в настоящее время составляет 244, 0 тыс. га.
2. Темпы роста площадей гидрометаморфизованных почв для двух крупней-ших геоморфологических областей Краснодарского края (Кубанская наклон-ная равнина и Азово-Кубанская низменность) несколько различаются и сос-тавляют от 1,7 в низменно-западинных ландшафтах до 2,0 тыс. га за 1 год в холмисто-равнинных ландшафтах.
3. Гидрометаморфизм приводит к изменению структуры почвенного покрова
в направлении уменьшения доли черноземов плакорных территорий и увеличения доли их полугидроморфных аналогов, а также дальнейшему развитию в них деградационных процессов (слито- и глеегенеза).
4. В отношении геоморфологии следует отметить решающую роль бессточных понижений в развитии гидрометаморфизма почв Азово-Кубанской низменности, для Кубанской наклонной равнины эта связь менее очевидна, или вовсе отсутствует.
5. Причиной развития гидрометаморфизма является сложное сочетание при-родных предпосылок и антропогенного фактора, в котором последний зачастую играет роль пускового механизма.
6. Прогнозная оценка влияния сочетания факторов (климат и рельеф) показывает следующее:
- вероятность проявления процесса для почв западин (от средней до очень высокой) говорит о высокой опасности деградации почв, как периферийных пространств, так и центральных территорий.
- для почв Кубанской наклонной равнины оценка носит несколько размытый характер в связи с неучтенностью литологического фактора, играющего здесь главную роль.
7. Гидрометаморфизованным черноземам Северо-Западного Кавказа характерно наличие гидроморфных признаков в виде охристых пятен, ржавых точек и конкреций полуторных окислов R2O3 и признаков оглеения - в виде сизовато-серых пятен и разводов, которые в зависимости от степени переувлажнения обнаруживаются на разной глубине и носят более или менее яркий характер.
8. Микроморфологические особенности гидрометаморфизма заключаются в увеличении степени анизотропности плазмы, динамике порового пространства, изменению вида, состава и размера новообразований.
9. Сумма обменных оснований в профиле луговато-чернозёмных уплотнённых почв за 45-ти летний период уменьшилась по сравнению с чернозёмами на 5,5-6,1 мг-экв. на 100 г почвы, развитие слитогенеза в нижней части профиля лугово-чернозёмных слитых почв приводит к увеличению суммы обменных оснований на 5,5-10,5% по сравнению с пахотным слоем. Изменение суммы обменных оснований в почвах подверженных гидрометаморфизму сопровождается увеличением доли поглощённого магния на 4,5-6,3%.
10. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) гидрометаморфи-зованных заметно ниже (от +400 до +200 mV), чем у исходных черноземов (+590 - +600 mV).
11.Удельная поверхность черноземов Азово-Кубанской низменности составляет 110,5-114,4 м/г, почв, слагающих пониженные элементы рельефа, от 119,2-121,3 м/г в пахотном слое до 122,4-125,1 м/г в иллювиальном горизонте В, черноземов мочаковатых - от 134,0-166,0 м/г в верхнем слое до 100-110 м/г в почвообразующей породе.
12. Максимальная плотность (в сухом состоянии с учетом усадки) наблюдается у лугово-чернозёмных слитых почв -1,8- 2,05 г/см, несколько меньше она у луговато-чернозёмных уплотнённых (1,6-1,8 г/см) и чернозёмов выщелоченных (1,6-1,76 г/см).
13. Угол наклона кривой зависимости плотности почв от ее влажности (критерий Т), увеличивается в ряду чернозёмы залежи чернозёмы пахотные луговато-чернозёмные уплотнённые лугово-чернозёмные слитые и черноземы выщелоченные черноземы мочаковатые от 0,020 до 0,031.
14. Водопроницаемость почв изменяется от 0,221-0,480 мм/мин у черноземов обыкновенных и выщелоченных до 0,039 мм/мин у луговато-черноземных уплотненных и 0,010-0,012 мм/мин у лугово-черноземных слитых и черноземов мочаковатых.
15. Общая пористость гидрометаморфизованных почв Азово-Кубанской низменности заметно ниже (42,0-43,8%), чем у черноземов (45,0-52,1%), у черноземов мочаковатых она составляет 43,4-50,4%.
16. Различия в структуре порового пространства состоят в уменьшении доли влагопроводящих пор на 1,8-2,2% у луговато-черноземных уплотненных и на 3,5-4,0% у лугово-черноземных слитых почв, влагосохраняющих - на 4,3-6,4% и 8,9-10,4% соответственно по сравнению с черноземами.
17.Объемная усадка гидрометаморфизованных почв составляет от 15 до 30%, причем меньшими значениями усадки отличаются мочаковатые почвы Кубанской наклонной равнины - 15-20%.
18. Развитие гидрометаморфизма снижает производственную ценность почв на 25-54% (по зерновому эквиваленту на 14,0-29,4 ц/га).
19. Ущерб (в ценах 2011г) от гидрометаморфизма за счет недополученной продукции с учетом динамики площадей почв за период 35 лет составляет в целом 2436000 тыс. руб.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
1. С целью повышения объективности кадастровой оценки и мониторинга состояния почвы рекомендуется использовать следующие критерии - графики зависимости плотности почв от их влажности (критерий Т), удельная поверхность, основная гидрофизическая характеристика (ОГХ), структура порового пространства, коэффициент окисленности железа (Водяницкого).
2. Почвы средней и сильной степени деградации (зерновой эквивалент менее 40 ц/га) переводить из пашни в менее ценные виды угодий - сенокосы и пастбища.
3. Наиболее распространенный способ основной обработки, вспашка, на гидрометаморфизованных почвах приводит к формированию на глубине 25-30 см плужной подошвы, в связи с чем должна быть заменена мелиоративной обработкой.
4. Мелиоративная обработка на гидрометамофизованных почвах низменно-западинных агроландшафтов Азово-Кубанской низменности должна включать глубокое безотвальное рыхление на 70 см и безотвальную обработку на 27 см и проводиться два раза за севооборот на фоне органо-минеральной системы удобрений.
5. Глубокое рыхление для гидрометаморфизованных (мочаковатых) почв Кубанской наклонной равнины неэффективно как мероприятие по борьбе с переувлажнением. Эффект его противоположен ожидаемому, так как возрастает длительность переувлажнённого состояния почв.
6. На основании исследований влияния ряда агротехнических меро-приятий на режим влажности почв Кубанской наклонной равнины, наиболее эффективным приёмом борьбы с переувлажнением указанных почв следует признать кротование с заложением кротовин диаметром 6 - 9 см через 1,4 - 1,5 м на глубине ~ 0,4 м.
7. Оптимальное время для проведения агротехнических мероприятий - октябрь - ноябрь при влажности почв 0,7-0,8 НВ. При влажности ниже указанных величин последующее увлажнение и, соответственно, набухание почв, снизят эффективность проведённых мероприятий до нуля.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Власенко, В.П. Мониторинг процессов водной эрозии и гидроморфизма / В.П. Власенко, А.Я. Ачканов //Агроэкологический мониторинг Краснодар-ского края: сб. научн. тр. КубГАУ. - Краснодар, 2003. - С.11-23.
2. Власенко, В.П. Водно-физические свойства почв/В.П. Власенко, А.Я. Ачканов//Агроэкологический мониторинг Краснодарского края: сб. научн. тр. КубГАУ-Краснодар, 2003. - С.35-45.
3. Власенко, В.П. Развитие гидроморфизма в пахотных почвах степных агроландшафтов Краснодарского края/ В.П. Власенко, А.Я. Ачканов// Альтернативные технологии в земледелии: сб. науч. тр. КубГАУ-Краснодар, 2005. - С.35-45.
4. Власенко, В.П. Развитие гидроморфизма в почвах западинных агроланд-шафтов Западного Предкавказья/ В.П. Власенко// Почвоведение.- 2009. - №5. - С.532-539.
5. Власенко, В.П. Методологические аспекты выбора диагностических критериев гидрометаморфизма в черноземах Западного Предкавказья/ В.П. Власенко, В.И. Терпелец // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2010. - Вып. 6(27). - С. 19-24.
6. Бузоверов, А.В. Влияние разноуровневой обработки почвы на питатель-ный режим корневой системы плодовых деревьев/ А.В. Бузоверов,
В.П. Власенко, В.И. Терпелец // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 3(36). - С. 110-114.
7. Власенко, В.П. Влияние гидрометаморфизма на производственную ценность и экологические функции почв/ В.П. Власенко, В.И. Терпелец, С.Б. Криворотов, М.И. Корсунова // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 2(35) - С. 152-154.
8. Власенко, В.П. Эволюция почвообразующих пород в низменно-западинных ландшафтах Западного Предкавказья/ В.П. Власенко, В.И. Терпелец, С.Б. Криворотов, // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 3(36). - С. 122-125.
9. Власенко, В.П. Деградационные процессы в почвенном покрове и их влияние на оценку качества почв / В.П. Власенко // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 1(34). - С. 142-144.
10. Власенко, В.П. Микроморфологические особенности гидрометаморфи-зованных почв Западного Предкавказья / В.П. Власенко, В.И. Терпелец, В.Н. Слюсарев // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 3(36). - С. 168-172.
11. Власенко, В.П. Влияние сочетания факторов на развитие деградационных процессов в гидрометаморфизованных почвах Северо-Западного / В.П. Власенко, В.И. Терпелец, Н.Ф. Коробской// сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 2(35). - С.274-278.
12. Власенко, В.П. / Условия формирования и динамика свойств гидромета-морфизованных почв Кубанской наклонной равнины / В.П. Власенко, В.И. Терпелец, В.Н. Слюсарев // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 2(35). - С. 216-221.
13. Терпелец, В.И. Динамика порового пространства гидрометамор-физованных почв Северо-Западного Кавказа при их сельскохозяйственном использовании/ В.И. Терпелец, В.П. Власенко, В.Н. Слюсарев // сб. научн. тр. КубГАУ - Краснодар, 2012. - Вып. 3(36). - С. 144-145.
Монографии и учебные пособия:
14. Власенко, В.П. Гидроморфная деградация черноземов Западного Пред-кавказья (учебное пособие)/ В.П. Власенко, В.И. Терпелец.// Краснодар, КубГАУ, 2008. - 204 с.
15.Власенко, В.П. Деградационные процессы в почвах Краснодарского края и методы их регулирования: монография /В.П. Власенко, В.И.Терпелец // Краснодар, КубГАУ, 2012. - 205 с.
Статьи в других изданиях:
16. Марченко, З.С. Черноземы мочаковатые предгорий Кубани и их агроэкологическая оценка/ З.С. Марченко, В.П. Власенко // сб. Почвенно-экологические проблемы земельного фонда Краснодарского края. КубГАУ - Краснодар, 1999. - Вып. 373(401). - С. 38-51.
17. Власенко, В.П. Изменение агрофизических свойств пахотных почв низменно-западинных агроландшафтов Краснодарского края /В.П. Власенко// Материалы Международной научной конференции. - Ростов н/Д: Изд-во ООО ЦВВР, 2004. - С. 48-52.
18. Власенко, В.П. Зависимость плотности сложения набухающих почв низменно-западинных агроландшафтов Западного Предкавказья от влаж-ности и ее связь с категорией удельной поверхности/ В.П. Власенко // Материалы Международной научной конференции. - Ростов н/Д: Ростиздат, 2005. - С. 87-91.
19. Власенко, В.П. Физическая деградация почв Азово-Кубанской низменности /В.П. Власенко // Материалы Международной научной конференции. - Воронеж: ВГУ, 2006. - С. 101-105.
20. Власенко, В.П. Динамика агрегатного состава гидроморфноизмененных почв низменно-западинных агроландшафтов Западного Предкавказья / В.П. Власенко // Материалы Международной научной конференции. - Ростов н/Д: Ростиздат, 2006. С.89-94.
21. Власенко, В.П. Оценка степени гидроморфной деградации черноземов Западного Предкавказья /В.П. Власенко // Материалы V Всероссийского съезда Общества почвоведов имени В.В. Докучаева, 18-23 августа 2008 г. ЗАО Ростиздат. - Ростов-на-Дону. - С. 278-279.
22. Власенко, В.П. Гидроморфнообусловленная деградация черноземов Западного Предкавказья / В.П. Власенко // Материалы конференции памяти доктора с.х. наук С.Ф. Неговелова. - Краснодар. ГНУ СКЗНИИСиВ, 2008. - С 26-37.
23. Власенко, В.П. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008610551 Определение закономерности изменения влажности (весовой) бурых лесных почв/ С.А.Твердохлебов, В.В. Цыбулевский, В.П. Власенко, А.Н. Юшков.
24. Власенко, В.П. Метод определения удельного сопротивления почвы при обработке/ Депонированная рукопись № 29/19640 Рукопись аннотирована в 3.2.выпуске электронного издания БД Агрос № 02205107690 в НТ - Информрегистр. - 2008. - 9 с.
25. Власенко, В.П. Гидроморфная эволюция черноземов Западного Предкавказья / В.П. Власенко // Материалы 2-ой международной научно-практической конференции. - Краснодар, 2009. - С.58-60.
26. Власенко, В.П. Современная эволюция почв низменно-западинных агроландшафтов Западного Предкавказья / В.П. Власенко // Энтузиасты аграрной науки: Выпуск № 10. - Краснодар: КГАУ, 2009. - С.22-25.
27. Власенко, В.П. Антропогенная эволюция черноземов Западного Пред-кавказья/ В.П. Власенко // Труды V Международной конференции / 26-31 октября 2009 г., г. Пущино, Московская область. - С. 256-258.
28. Власенко, В.П. Гидроморфная эволюция почв Северо-Западного Кавказа / В.П. Власенко //Сб. материалов IV Всероссийской научной конференции с международным участием (1-3 сентября 2010 г.) - Томск: ТМЛ-Пресс, 2010. - С.39-41.
29. Власенко, В.П. Динамика плотности гидрометаморфизованных почв Западного Предкавказья при их сельскохозяйственном использовании /В.П. Власенко // Энтузиасты аграрной науки: Выпуск № 11. - Краснодар: КГАУ, 2010. Ц С.37-40.
30. Власенко, В.П. Диагностические критерии гидрометаморфизма в черноземах Северо-Западного Кавказа /В.П. Власенко// Материалы Всероссийской научной конференции Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова, Москва, 2011. - С. 547-554.
31. Власенко, В.П. Диагностика слитогенеза в гидрометаморфизованных почвах Западного Предкавказья / В.П. Власенко // Проблемы мелиорации и воспроизводства почвенного плодородия: материалы международной научно-практической конференции. - Краснодар, 2011. - С.32-35.
32. Медовник, А.Н. Техногенная деградация почвы и орудие для оптимизации ее агрофизических свойств /А.Н. Медовник. В.П. Власенко, С.А. Твердохлебов, А.А. Цымбал // Сельскохозяйственные машины и технологии, №4. - Москва, 2011. - С.27-29.
33. Бузоверов, А.В. Почвенно-экологические аспекты функционирования садовых агроценозов / А.В. Бузоверов, В.П. Власенко, Е.Е.Пятак, Н.В. Громыко // Энтузиасты аграрной науки: Выпуск № 13,- Краснодар: КГАУ, 2012. Ц С.75-77.
34. Власенко, В.П. Изменение структуры почвенного покрова низменно-западинных агроландшафтов Западного Предкавказья под влиянием переувлажнения /В.П. Власенко // Деградация богарных и орошаемых черноземов подавлиянием переувлажнения и их мелиорация. М.: АПР, 2012. - С. 179-195.
35. Власенко, В.П. Гидрометаморфизм почв Северо-Западного Кавказа при их сельскохозяйственном использовании / В.П. Власенко // Материалы VI съезда Общества почвоведов им. В. В. Докучаева. - Петрозаводск, 2012 .
36. Власенко, В.П. Влияние гидрометаморфизма на экологические функции почв Западного Предкавказья / В.П. Власенко // Материалы третьей Всерос-сийской научной конференции с международным участием. - Иркутск, 2012. - С.57-61.
37. Власенко, В.П. Влияние обработок и систем удобрений на агрофизические свойства гидрометаморфизованных почв Азово-Кубанской низменности /В.П. Власенко // Материалы 46 Международной научной конференции, ГНУ ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. Москва, 2012. - С.32-35.
38. Власенко, В.П. Изменение экологических функций почв низменно-западинных агроландшафтов под влиянием гидрометаморфизма /В.П. Власенко, В.И. Терпелец, Ю.С. Плитинь // Энтузиасты аграрной науки: Выпуск № 13. - Краснодар: КГАУ, 2012. - С. 33-35.
39. Терпелец, В.И. Динамика агрофизических свойств низменно-западинных агроландшафтов Кубани под влиянием обработок и систем удобрений / В.И. Терпелец, В.П. Власенко, Ю.С. Плитинь, Ю.И. Шенец // Энтузиасты аграрной науки: Выпуск № 13. - Краснодар: КГАУ, 2012. - С.45-48.
40. Терпелец, В.И. Почвы - раритеты Краснодарского края /В.И. Терпелец, В.П. Власенко // Материалы VI съезда Общества почвоведов им. В. В. Докучаева. - Петрозаводск, 2012.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии