Изучение изменения минералогического и агрохимического состояния черноземов Центрального Предкаказья в системе адаптивно-ландшафтного земледелия на примере полигона 'Агроландшафт'

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата сельскохозяйственных наук

ИЗМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО И АГРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

В СИСТЕМЕ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

(НА ПРИМЕРЕ ПОЛИГОНА «АГРОЛАНДШАФТ»)

Специальность 03.02.13 - почвоведение

На правах рукописи

ШКАБАРДА Светлана Николаевна

Москва - 2011

Работа выполнена в отделе агроэкологии ГНУ Ставропольский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и лаборатории минералогии и микроморфологии почв ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии

Научный руководитель:	доктор сельскохозяйственных наук Годунова Евгения Ивановна
Официальные оппоненты:	доктор сельскохозяйственных наук Белобров Виктор Петрович
	доктор сельскохозяйственных наук Чевердин Юрий Иванович
Ведущая организация:	РГУ-МСХА имени К.А. Тимирязева

Защита состоится 28 декабря 2011 г. в 11⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 006.053.01 в Почвенном институте им. В.В. Докучаева РАСХН по адресу: 119017, г. Москва, Пыжевский переулок, д. 7, стр. 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института им. В.В. Докучаева, на официальном сайте ВАК РФ: www.vak.ed.gov.ru и на сайте ГНУ Почвенного института им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии www.esoil.ru

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просьба присылать по адресу: 119017, г. Москва, Пыжевский переулок, д. 7, стр.2, Почвенный институт им. В.В. Докучаева, диссертационный совет

Актуальность темы.

Решение проблемы обеспечения населения необходимым объемом качественного продовольствия во многом зависит от эффективного использования земельных ресурсов, их экологического состояния. Ставропольский край является крупным производителем сельскохозяйственной продукции, особенно продовольственного зерна, удельный вес которого от общего объема в России составляет 16-20%.

На долю сельскохозяйственных угодий в Ставропольском крае приходится 5,8 млн. га, что составляет 87,9% от общей площади земель краевого земельного фонда. Из сельхозугодий 4,0 млн. га или 69,0% занимает пашня. Однако широкое развитие деградационных процессов, которым подвержено 55% пашни, и возможное усиление водной и ветровой эрозии в связи с современной тенденцией изменения климата создают угрозу устойчивости развития не только зерновой отрасли, но и всего АПК края.

В сложившейся ситуации мощное стабилизирующее воздействие на агроландшафты края может оказать переход на адаптивно-ландшафтные системы земледелия, что требует более дифференцированного использования земельных ресурсов, их защиты от деградационных, в первую очередь, эрозионных процессов и оценки допустимого уровня интенсификации использования каждой структурной единицы агроландшафта.

Применение агрохимических средств вызывает как положительные, так и отрицательные изменения состояния почв, что подтверждается многочисленными исследованиями (Минеев, 1990; Шишов, 1991; Ковда,1995; Чижикова, 1992, 2003 и др.) и практикой. В связи с этим для предотвращения негативных изменений, особенно необратимых, важным является установление взаимосвязи между фундаментальными, практически нерегулируемыми свойствами почв (гранулометрическим, минералогическим, вещественным составами), оказывающими устойчивое и долговременное влияние на функционирование почв, и подвижными, легко изменяющимися агрохимическими показателями.

Целью настоящей работы является изучение изменения минералогического и агрохимического состояния черноземов Центрального Предкаказья в системе адаптивно-ландшафтного земледелия на примере полигона «Агроландшафт».

Задачи исследований:

определить характер распределения гранулометрических фракций почв на трёх сопряженных элементах ландшафта в пределах катены;

установить влияние различных доз минеральных удобрений на минералогический состав тонкодисперсных фракций (< 1, 1-5, 5-10 мкм) почв ландшафтных таксонов;

выявить особенности распределения валовых макро- и микроэлементов в почвах агроландшафта;

дать дифференцированную оценку природным запасам основных элементов питания растений (калия, фосфора, магния) почв полигона;

установить влияние систематического применения различных доз минеральных удобрений на реакцию среды, гумусное состояние, содержание подвижных форм калия и фосфора в почвах структурных единиц агроландшафта в полевом восьмипольном севообороте;

определить роль защитных лесных насаждений разного возраста (посадки 1947 и 1970 гг.) и буферных агростепных полос, входящих в состав противоэрозионных рубежей на полигоне «Агроландшафт», в изменении минералогического и агрохимического состояния почв различных подурочищ ландшафта.

Научная новизна:

впервые получена сопряженная характеристика минералогического и агрохимического состояния почв в типичном агроландшафте Центрального Предкавказья;

установлены закономерности распределения минералов тонкодисперсных фракций (< 1, 1-5, 5-10 мкм) и запасов основных элементов питания растений (калия, фосфора, магния) в них в пределах почвенно-геохимической катены Ташлянского ландшафта байрачных лесостепей;

выявлены тренды изменений свойств почв, их минералогического и химического составов под влиянием систематического применения разных доз минеральных удобрений;

подтверждена эффективность противоэрозионных рубежей из системы защитных лесных насаждений и агростепных полос на основе анализа поведения минералогических и агрохимических свойств почв.

Защищаемые положения:

почвы разных ландшафтных таксонов отличаются по гранулометрическому составу, распределению валовых макро- и микроэлементов, особенностям минералогического состава илистого вещества, соотношению в нём минеральных фаз, реакции среды, содержанию гумуса и обменного калия, что требует индивидуального подхода к их использованию;

необходима дифференциация доз применяемых удобрений в черноземах разных подурочищ агроландшафта и осуществление мониторинга реакции среды для предотвращения необратимых изменений свойств почв;

система защитных лесных насаждений и агростепных полос на полигоне «Агроландшафт» обеспечивает противоэрозионную стабилизацию минералогических и агрохимических показателей плодородия черноземов.

Практическая значимость. Дано научное обоснование для разработки эффективной системы минеральных удобрений и технологии внесения калийных удобрений для склоновых земель, а также мероприятий по сохранению и повышению плодородия почв в агроландшафте путем периодического перемещения по склону (каждые 7-10 лет) агростепных полос. Результаты исследований подтверждают, что модель противоэрозионной организации полигона может использоваться при землеустройстве склоновых агроландшафтов.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на международных научных конференциях «Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем» (г. Михайловск, 2010), «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России» (г. Санкт-Петербург, 2011), международном симпозиуме «Биокосные взаимодействия в природных и антропогенных системах» (г. Санкт-Петербург, 2011), всероссийских научных конференциях «Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова» (г. Москва, 2010), «Генезис, география, классификация почв и оценка почвенных ресурсов» (г. Архангельск, 2010), заседаниях ученого совета ГНУ Ставропольский НИИСХ (2006-2010 гг.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 8 работ, в т.ч. 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, приложений и предложений производству. Работа изложена на 151 странице компьютерного текста, содержит 71 таблицу, 35 рисунков, 31 приложение. Список использованной литературы включает 293 наименования, в том числе 18 иностранных авторов.

Автор выражает огромную благодарность научному руководителю Годуновой Е.И., Чижиковой Н.П., Хитрову Н.Б. за постоянную помощь, ценные советы и замечания при выполнении исследований и написании диссертации, сотрудникам лаборатории минералогии и микроморфологии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева и отдела агроэкологии ГНУ Ставропольский НИИСХ.

Содержание работы

         1. Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на состояние почв (литературный обзор)

Обсуждаются последствия интенсификации сельскохозяйственного производства, обусловившие развитие процессов деградации почв и снижения их плодородия, вопросы о необходимости ведения земледелия на адаптивно-ландшафтной основе (Каштанов, 1994; Кирюшин, 1996 и др.). Приводится анализ литературных данных по влиянию агрохимикатов на свойства почв: гранулометрический, минералогический, валовой состав, реакцию среды, содержание гумуса и питательных веществ (Минеев, 1990; Шишов, 1991; Ковда,1995; Чижикова, 1992, 1996, 2003 и др.). Рассматривается роль защитных лесных насаждений и травянистых экосистем в качестве противоэрозионного каркаса, геохимического барьера, способствующих средоулучшению и сохранению биоразнообразия (Каштанов, 1994; Дзыбов, 1995, 2007; Ерусалимский, 2007 и др.).

        

         2. Объекты и методы исследований

Исследования проводились в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в условиях Ташлянского ландшафта байрачных лесостепей на полигоне «Агроландшафт» ГНУ Ставропольский НИИСХ, основанном в 1996 г. под руководством академика Петровой Л.Н. и к. с.-х. н., заведующей отделом ландшафтного земледелия Желнаковой Л.И. с целью разработки системы рационального землепользования на адаптивно-ландшафтной основе. Состояние почв изучалось в пределах одной почвенно-геохимической катены на трёх сопряженных элементарных ландшафтах (ландшафтных таксонах ранга подурочищ): автономном (элювиальном на окраине плакора А₁) и подчиненных - трансэлювиальном (в верхней части ЮВ склона - А₂) и элювиально-аккумулятивном (в нижней части этого склона - А₃) (рис. 1).

Исследования проводились в восьмипольном полевом севообороте с различными уровнями применения удобрительных средств (контроль - без удобрений, N₆₀P₆₀K₆₀ и N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀), а также экологическом противоэрозионном каркасе, включающем полезащитные лесные насаждения разного возраста (посадки 1947 и 1970 гг.) и травянистые агростепные полосы.

Рис. 1. Схема расположения исследуемых объектов на полигоне «Агроландшафт»

Удобрения (нитроаммофоска 16:16:16) применялись ежегодно в течение семи лет с осени 1999 года по осень 2005 года. Наблюдения за действием и последействием удобрительных средств проводились в течение шести лет с 2004 по 2010 гг. К осени 2005 г. по вариантам опыта было суммарно внесено N₄₂₀P₄₂₀K₄₂₀ и N₈₄₀P₈₄₀K₈₄₀ Максимальное воздействие агрохимикатов на урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур в агроландшафте отмечалось в 2006 г., после которого удобрения больше не применялись. В последующие годы (2007-2010) проявлялось их последействие. Исследования в 2004-2010 гг. проводились при следующем чередовании культур: яровой ячмень - соя - озимая пшеница - чистый пар - озимая пшеница - озимая пшеница - соя.

Почвенный покров полигона представлен агрочерноземами. В связи с неодинаковыми условиями почвообразования (почвообразующими и подстилающими породами, местоположением в рельефе, условиями увлажнения, активным развитием эрозионных процессов до рациональной организации территории и т.д.) почвы разных подурочищ ландшафта отличаются своими генетическими особенностями, имеют как много общего в свойствах, так и существенные различия, в т.ч. по морфологическим признакам (табл. 1).

На окраине плакора (А₁) на элювии известняка образовались самые бедные почвы полигона - агрочерноземы миграционно-мицелярные маломощные и среднемощные высококарбонатные среднесуглинистые слабощебенчатые PU-AUbca-BCAmc-BRca-Rca. Характеризуются наименьшей мощностью гумусовых горизонтов А+В {PU+AUb} - мода 65 см (колебания 39-66 см), вскипанием от 10% HCl с 40 см. Содержание физической глины в пахотном горизонте составляет 39,7%, гумуса - 2,26±0,32%, подвижного фосфора и обменного калия - соответственно 1,1±0,4 и 15,9±1,9 мг/100 г. Реакция среды почвенного раствора нейтральная (рН=7,00±0,31), сумма поглощенных оснований колеблется в пределах 23,2-26,4 мг-экв/100 г.

Таблица 1. - Морфологические свойства почв полигона «Агроландшафт»

Ландшафтный таксон	Мощность горизонтов А+В {AU}, см		Глубина, см
			вскипание от 10% HCl		выделение карбонатов
	мода	диапазон	слабое	сильное	плесень (lc)	псевдомицелий (mc)
Окраина плакора (А1)	65	39-66	40	49	-	-
Верхняя часть склона (А2)	74	66-80	67	69	-	67-97
Нижняя часть склона (А3)	84	78-106	42	49	62-116	117-130

В верхней части склона (А₂) на элювиально-делювиальных суглинках, подстилаемых сарматскими песками с глубины 1,2-3,0 м, сформировались агрочерноземы миграционно-мицелярные среднемощные среднекарбонатные среднесуглинистые PU-AU-AUb-BCAmc-ВDmc,ca-D¨ с мощностью А+В {PU+AUb} 74 см (колебания 66-80 см), выделением псевдомицелия в слое 67-97 см, вскипанием от 10% HCl с 67 см. Содержат в пахотном слое 37,3% физической глины, 2,65±0,12% гумуса, 1,2±0,4 мг/100 г Р₂О₅, 17,1±3,1 мг/100 г К₂О. Реакция почвенной среды нейтральная: рН=6,94±0,26, сумма поглощенных Са²⁺ и Mg²⁺ составляет 23,2-25,6 мг-экв/100 г.

Самые плодородные почвы полигона сформировались в нижней части склона (А₃) на элювиально-делювиальных суглинках - агрочерноземы миграционно- мицелярные мощные и среднемощные высококарбонатные тяжелосуглинистые PU-AU-AUb,ca,lc-BCAmc-Cca, в которых мощность А+В {AU}составляет 84 (78-106) см, карбонатная плесень выделяется в слое 62-116 см, псевдомицелий - 117-130 см, вскипание от 10% HCl с 42 см. Количество физической глины равно 49,1%, гумуса - 3,46±0,24%, подвижного Р₂О₅ и обменного К₂О - 1,4±0,9 и 22,4±3,8 мг/100 г соответственно. Реакция среды нейтральная и слабощелочная с рН=7,23±0,25. Сумма поглощенных катионов варьирует в пределах 30,4-32,8%.

Различия в уровне плодородия почв ландшафтных таксонов подтверждаются данными по урожайности возделываемых на полигоне сельскохозяйственных культур. Так, по данным Л.И. Желнаковой и Н.И. Мезенцевой урожайность озимой пшеницы на контрольных вариантах в среднем за период с 1999 по 2006 гг. составила: на окраине плакора (А₁) - 23,6 ц/га, верхней части склона (А₂) - 23,6, нижней (А₃) - 30,8 ц/га, сои - 10,6, 13,7 и 18,1 ц/га, подсолнечника - 9,6, 14,2 и 15,8 ц/га соответственно.

В составе древесных полезащитных насаждений посадки 1947 и 1970 гг., находящихся в состоянии деградации (высокая фаутность, суховершинность, обилие валежника и т.д.), преобладают ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), клен остролистный (Acer platanoides L.), гледичия обыкновенная (Gleditsia tricanthos L.), яблоня восточная (Malus orientalis uglitzk), дуб черешчатый (Quercus robur L.), клен татарский (Acer tataricum L.).

Агростепные полосы трав шириной 7,2 м были заложены в 1997 году. В них доминируют овсяница валлисская (Festuca valesiaca) и луговая (Fectuca pratensis), келерия стройная (Koeleria cristata), кострец безостый (Bromopsis inermis), ценные бобовые растения, такие как люцерна румынская (Medicago romanica), лядвинец кавказский (Lotus caucasicum), различные виды клевера, эспарцет песчаный (Onobrychis aremaria) и др. Созданный экологический каркас способствует предотвращению поверхностного стока, сохранению почв, служит рефугиумом для животных, а благодаря используемому при организации каркаса методу агростепей позволяет решать проблемы повышения биоразнообразия.

Отбор почвенных образцов проводился ежегодно до глубины одного метра (послойно через 10 см) на всех вариантах опыта после уборки возделываемых культур, в лесных насаждениях и буферных агростепных полосах трав на всех подурочищах ландшафта. Образцы анализировались общепринятыми методами: гранулометрический состав по Н.А. Качинскому, рН водной суспензии потенциометрически, общий гумус по И.В. Тюрину в модификации В.Н. Симакова, общие карбонаты по Павлову, поглощенные основания по И.В. Тюрину в модификации Иванова, подвижный фосфор и обменный калий по Мачигину в 1-% углеаммонийной вытяжке (ГОСТ 26205-91), полная водная вытяжка по К.К. Гедройцу. Минералогический состав тонкодисперсных фракций определялся рентгендифрактометрическим методом с помощью универсальной рентгендифрактометрической установки фирмы Карл Цейс Йена (Германия). Валовой химический анализ образцов почв и выделенных из них фракций проводился на ренгенфлюоресцентной установке WRA-30. Сепарирование образцов почв по фракциям <1мкм, 1-5, 5-10 мкм, а также расчет запасов (резервов) элементов питания выполнялись по Н.И. Горбунову (1971 и 1978 гг. соответственно). Полуколичественное содержание основных минеральных фаз во фракциях <1 мкм устанавливалось по методике Биская (Biscaye, 1964), содержание минералов во фракциях тонкой и средней пыли - Кука (Cook et al, 1975).

Полученные данные обработаны методами математической статистики (Орлов, 2004; Дмитриев, 2009).

         3. Изменение состояния черноземов подурочищ полигона «Агроландшафт» под влиянием различных доз полного минерального удобрения

Изменения свойств почв разной ландшафтной принадлежности под действием систематического применения агрохимикатов имеют свои особенности.

Эрозионно-денудационные процессы привели к перераспределению в пределах катены наиболее чувствительного и информативного по отношению к антропогенному воздействию тонкодисперсного материала с максимальным его накоплением в нижней части склона. Так, содержание илистых частиц (< 1 мкм) увеличивается от 8,8-21,7% на окраине плакора (А₁) до 24,8-31,8% в нижней части склона (А₃), т.е. в 1,5-2,8 раз, тонкой пыли (1-5 мкм) - соответственно от 4,3-8,9 до 10,0-11,0%, средней пыли (5-10 мкм) - от 1,2-2,3 до 3,5-4,1%. (рис. 2).

Фракция < 1 мкм	Фракция 1-5 мкм	Фракция 5-10 мкм

Рис. 2. Пространственное распределение тонкодисперсных фракций в почвах контрольных вариантов на полигоне «Агроландшафт»

Систематическое, в течение семи лет (1999-2005 гг.), применение разных доз полного минерального удобрения привело к увеличению количества тонкодисперсных фракций в профиле почв всех таксонов в результате пептизации почвенных агрегатов под действием удобрительных средств.

Наибольшая степень этих изменений отмечалась на окраине плакора (А₁), минимальная - в нижней части склона (А₃). Так, в метровом слое почв удобренных вариантов на окраине плакора (А₁) содержание фракции ила возросло в относительном выражении к контролю на 16-102%, тонкой пыли - 7-140%, средней пыли - на 39-100%, в верхней части склона (А₂) - на 12-44%, 8-12, 11-50%, нижней (А₃) - 0,3-13%, 9-15 и 15-33% соответственно (табл. 2).

Минералогический состав тонкодисперсных фракций почв на всех ландшафтных таксонах полигона сходный. В илистой фракции доминируют две фазы - гидрослюдистая (в верхней части профиля) - 47,6-48,3% и смектитовая (в нижних горизонтах) - 47,2-63,6%, сумма которых колеблется в пределах 79,4-93,5% (рис. 3). Сопровождают эти минералы хлорит и каолинит, присутствует тонкодисперсный кварц. Смектитовая фаза состоит из сложных неупорядоченных смешаннослойных образований слюда-смектитового типа с различным сочетанием слюдистых и смектитовых пакетов. Гидрослюды - ди- и триоктаэдрического типа, каолинит - несовершенный, хлорит - магнезиально-железистный. Наибольшее количество смектитов и гидрослюд зафиксировано в агрочерноземах нижней части склона.

Полученные данные по минералогическому составу подтвердили высокое литологическое разнообразие территории полигона: во фракции ила почв верхней части склона (А₂) в смектитовой фазе присутствуют индивидуальный смектит и минерал из группы цеолитов - клиноптиллолит, которые являются индикаторами отложений третичного возраста (рис. 4).

В минералогическом составе фракции тонкой пыли преобладают слюда (28,8-41,8%) и кварц (28,4-37,3%). В пределах профиля их соотношение неодинаково: с глубиной в почвах контрольных вариантов содержание слюды снижается, а кварца увеличивается на всех подурочищах ландшафта, за исключением верхней части склона (А₂). Здесь максимальное количество кварца находится в поверхностном горизонте почв контроля (рис. 3). В составе фракции средней пыли содержание кварца возрастает ещё в большей степени, достигая 42,2-55,2% в поверхностном горизонте. Наибольшее количество этого минерала (66,5%) отмечается в нижней части профиля почв окраины плакора (А₁), залегающих на элювии известняка (рис. 3).

Внесение минеральных удобрений не оказало существенного влияния на состояние минералогического состава тонкодисперсных фракций почв на всех ландшафтных таксонах, что обусловлено изначально высоким (природным) количеством смектитовой фазы и сравнительно небольшим периодом воздействия агрохимикатов (табл. 3).

Однако на окраине плакора (А₁) и верхней части склона (А₂) отмечаются некоторые негативные тенденции, особенно в поведении минералов тонкой пыли, которые быстрее всего реагируют на агрогенное воздействие. Происходит активизация процессов механической дезинтеграции минералов из более крупных фракций в тонкопылеватую и разрушения неустойчивых к выветриванию минералов, таких как смешаннослойные образования и хлорит (рис. 5).

В валовом химическом составе почв разных подурочищ ландшафта отмечается тренд в изменении содержания макроэлементов, а именно снижение количества SiO₂ и относительное повышение содержания алюминия и железа в агрочерноземах нижней части склона (А₃), что обусловлено более высоким количеством илистой фракции и смектитов в ней (табл. 4). Агрочерноземы этого же таксона по сравнению с почвами других подурочищ содержат существенно больше биофильных элементов: калия в 1,2-1,5, фосфора - 1,8-2,8 и магния в 2,1-2,2 раза

Таблица 2. - Содержание гранулометрических фракций в почвах полигона «Агроландшафт» (по Н.И. Горбунову), %

Глуби-на,см	Окраина плакора (А1)				Верхняя часть склона (А2)				Нижняя часть склона (А3)
	ил(<1 мкм)	тонкая пыль(1-5 мкм)	средняя пыль(5-10 мкм)	>10 мкм	ил(<1 мкм)	тонкая пыль(1-5 мкм)	средняя пыль(5-10 мкм)	>10 мкм	ил(<1 мкм)	тонкая пыль (1-5 мкм)	средняя пыль (5-10 мкм)	>10 мкм
Контроль
0-10	21,7	7,5	2,3	69,7	18,1	5,9	2,3	72,2	31,8	10,9	4,0	53,3
20-30	16,9	8,9	2,1	71,8	16,9	6,5	2,0	73,1	28,9	10,0	3,9	57,2
30-40	17,2	7,4	1,4	72,0	19,9	6,0	1,7	73,2	не опр.
40-50	18,1	8,5	1,2	73,0	17,8	5,9	2,6	72,8	25,8	10,1	4,0	60,1
90-100	8,8	4,3	1,2	80,6	16,7	6,5	1,8	68,5	24,8	10,8	3,5	60,9
N60P60K60
0-10	16,8	10,0	3,2	67,4	22,8	4,9	2,9	69,0	28,0	12,5	5,2	54,3
20-30	22,9	9,4	3,3	65,0	21,9	6,3	3,2	77,5	27,4	11,4	5,2	56,0
30-40	22,0	12,2	3,8	62,7	20,3	6,6	2,2	70,6	32,9	10,9	5,1	51,1
40-50	20,9	9,1	3,9	66,2	14,9	9,0	2,3	71,8	не опр.
60-70	не опр.				не опр.				31,5	10,1	3,7	54,6
90-100	17,9	10,3	2,4	64,5	17,8	6,5	2,1	70,6	не опр.
N120P120K120
0-10	20,7	10,0	3,2	66,4	22,8	5,4	2,8	69,0	30,6	10,3	4,0	55,2
20-30	17,2	12,2	3,8	67,7	24,3	5,5	3,0	67,2	29,0	10,9	4,2	55,9
30-40	19,7	9,3	3,3	67,0	22,2	6,5	2,9	68,4	30,7	10,4	3,9	55,0
40-50	15,7	9,1	3,9	69,2	20,9	6,6	2,4	70,2	29,1	11,2	4,6	55,1
60-70	не опр.				не опр.				29,7	12,0	5,2	53,1
90-100	14,5	5,4	1,0	79,1	19,2	4,8	2,0	74,0	не опр.

Рис. 3. Циклограммы распределения минералов в тонкодисперсных фракциях почв контрольных вариантов на полигоне «Агроландшафт», % (КПШ - калиевые полевые шпаты)

Условные обозначения:

А - образцы в воздушно-сухом состоянии Б - образцы после насыщения этиленгликолем В - образцы после прокаливания при 550°С в течение 2 ч 3,34* - межплоскостные расстояния, Å
Рис. 4. Рентгендифрактограммы фракций менее 1 мкм, выделенных из почв верхней части склона (А2) на контроле

В илистой фракции, также как и в почве в целом, отмечается снижение количества оксида кремния вниз по склону от 57,2% в почвах окраины плакора (А₁) до 55,5% в агрочерноземах верхней (А₂) и 53,7% нижней (А₃) части склона и увеличение Al₂O₃ и Fe₂O₃. Так, их количества возрастают на 4,2-8,9% (или в 1,3-2,2 раза) и 5,05-8,83% или в 2,0-4,2 раза соответственно. Существенно повышается содержание таких биофильных элементов как калий (в 1,4-2,6 раза), фосфор (в 1,3-12,9) и магний (в 1,4-3,0 раза).

Между валовым содержанием некоторых макроэлементов в почве в целом и гранулометрическими характеристиками установлены тесные корреляционные связи. С количеством тонкодисперсных фракций, особенно илистой, более всего связано содержание основных биогенов - калия (0,78-0,90), фосфора (0,77-0,80) и серы (0,56-0,71).

Агрочерноземы нижней части склона (А₃) по сравнению с почвами других ландшафтных таксонов характеризуются повышенным содержанием большинства микроэлементов в поверхностном 0-10 см слое (табл. 5). В профиле почв окраины плакора (А₁) наибольшее содержание микроэлементов выявлено в поверхностном слое, что свидетельствует о техногенном характере их поступления. Почвообразующие породы (элювий известняка) бедны данными элементами, особенно рубидием, цинком и иттрием, количество которых в слое 0-10 см выше в 3 раза, 2,4 и 2,0 раза соответственно.

По сравнению с кларком (средним содержанием в почве) по А.П. Виноградову (1957) агрочерноземы на всех ландшафтных таксонах характеризуются меньшим количеством валовых никеля, галлия, рубидия, стронция и иттрия, а на окраине плакора (А₁) и в верхней части склона (А₂) ещё и цинка.

почва ландшафт чернозем

Таблица 3. - Соотношение основных минеральных фаз в почвах полигона «Агроландшафт»

Глубина, см		Окраина плакора (А1)								Верхняя часть склона (А2)										Нижняя часть склона (А3)
		фрак-ция <1 мкм, %	содержание минералов, %							фрак-ция <1 мкм, %	содержание минералов, %									содержание минералов, %
			во фракции <1 мкм				в почве в целом				во фракции <1 мкм					в почве в целом					во фракции <1 мкм			в почве в целом
			1	2	3		1	2	3		1			2	3	1	2	3			1	2	3	1	2	3
Контроль
0-10		21,7	11,6	47,6	40,8		2,5	10,3	8,9	18,1	13,7			48,3	38,0	2,5	8,7	6,9		31,8	13,5	47,9	38,6	4,3	15,2	12,3
20-30		16,9	6,5	34,8	58,7		1,1	5,9	9,9	16,9	11,4			44,7	43,9	1,9	7,6	7,4		28,9	20,6	42,8	36,6	6,0	12,4	10,6
30-40		17,2	10,2	34,7	55,1		1,8	6,0	9,5	19,9	11,7			25,0	63,4	2,3	5,0	12,6		не опр.				не опр.
40-50		18,1	12,5	41,6	45,9		2,3	7,5	8,3	17,8	8,7			30,9	60,4	1,5	5,5	10,8		25,8	12,2	42,4	47,4	3,1	13,7	12,2
90-100		8,8	15,5	37,3	47,2		1,4	3,3	4,2	16,7	11,6			24,8	63,6	1,9	4,1	10,6		24,8	17,7	27,8	54,5	4,4	6,9	13,5
N60P60K60
0-10		16,8	17,1	43,4	39,5		2,9	7,3	6,6	22,8	12,0			44,2	43,7	2,7	10,1	9,9		28,0	16,1	52,3	31,6	4,5	14,6	8,8
20-30		22,9	17,5	40,7	41,8		4,0	9,3	9,6	21,9	12,7			24,0	63,3	2,8	5,3	13,9		27,4	9,4	43,6	49,0	2,6	11,0	13,4
30-40		22,0	11,0	34,9	54,1		2,4	7,7	11,9	20,3	9,3			36,5	54,2	1,9	7,4	11,0		32,9	13,8	44,6	48,3	4,5	14,7	15,9
40-50		20,9	7,9	24,4	67,7		1,7	5,1	14,1	14,9	9,7			39,6	50,9	1,4	5,9	7,6		не опр.				не опр.
60-70		не опр.					не опр.			не опр.						не опр.				31,5	7,7	46,4	45,9	2,4	14,6	14,5
90-100		17,9	13,3	27,2	59,5		2,4	4,9	10,7	17,8	10,2			32,8	57,1	1,8	5,8	10,2		не опр.				не опр.
N120P120K120
0-10		20,7	12,5	42,9	44,6		2,6	8,9	9,2	22,8	10,3			43,3	46,4	2,3	9,9	10,6		30,6	16,3	45,5	38,2	5,0	13,9	11,7
20-30		17,2	15,1	37,0	47,9		2,6	6,4	8,2	24,3	14,7			38,3	47,0	3,6	9,3	11,4		29,0	17,0	33,2	49,8	4,9	9,6	14,4
30-40		19,7	11,7	35,7	52,6		2,3	7,0	10,4	22,2	9,7			40,4	49,9	2,2	9,0	11,1		30,7	14,2	32,4	57,5	4,4	12,0	17,6
40-50		15,7	7,9	25,4	66,7		1,2	4,0	10,5	20,9	13,3			33,3	53,4	2,8	7,0	11,2		29,1	12,9	38,1	56,1	3,8	11,1	16,3
60-70		не опр.					не опр.			не опр.						не опр.				29,7	15,4	29,3	58,0	4,6	8,7	17,2
90-100		14,5	12,3	35,9	51,8		5,2	7,5	19,2	17,6			26,3	56,1	3,4	5,0	10,8		не опр.				не опр.
	Примечание. 1 - каолинит + хлорит; 2 - гидрослюда; 3 - смектит.онтроль					N60P60K60							N120P120K120
	Рис. 5. Рентгендифрактограммы фракций тонкой пыли (1-5 мкм), выделенных из почв верхней части склона (А2) (условные обозначения см. на рис. 4)

По отношению к кларку отмечается более высокое содержание в исследуемых почвах меди и, за исключением почв таксона А₂, свинца, а в агрочерноземах нижней части склона (А₃) дополнительно к этим элементам цинка. Количество циркония находится на уровне кларка в почвах окраины плакора (А₁) и нижней части склона (А₃) и превышает его на 15,7% в поверхностном слое почв верхней части склона (А₂). Количество валовых Cu, Zn, Rb и Y, так же как и основных биогенных макроэлементов, характеризуются тесной корреляционной связью с тонкодисперсными фракциями, особенно илистой: r = 0,70, 0,82, 0,80 и 0,90 соответственно.

Систематическое применение минеральных удобрений, даже в высоких дозах, не оказало существенного влияния на состояние валового состава агрочерноземов полигона: не привело к загрязнению почв токсичными элементами, увеличению содержания валового кремния, свидетельствующего о разрушении минеральной части почвы. Однако в почвах окраины плакора (А₁), обладающих наименьшей буферностью по отношению к загрязнению тяжелыми металлами, на удобренных вариантах выявлено увеличение содержания валового свинца, хотя этот показатель находится значительно ниже уровня ОДК - в 7-11 раз. В верхних горизонтах почв вариантов с применением удобрений отмечается повышение количества таких биофильных элементов как фосфор (на 6,3-17,8% относительно контроля) и калий (на 1,3-27,5%), необходимых для формирования урожая возделываемых культур.

Таблица 4. - Валовой химический состав почв полигона «Агроландшафт» и выделенных из них фракций ила, %

Таксон	Образец	Вариант	Глубина,см	SiO2	Al2O3	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	K2O	P2O5	SO3	Cl	Cr2O3	MnO
Окраина плакора (А1)	почва в целом	Контроль	0-10	77,0	12,9	3,78	0,863	1,401	1,615	2,065	0,094	0,123	0,006	0,025	0,076
			40-50	73,7	13,0	3,79	0,750	4,921	1,596	2,083	0,007	0,058	0,006	0,020	0,063
			90-100	61,4	4,5	1,68	0,418	29,116	1,934	0,773	-	0,054	0,057	0,017	0,020
		N60P60K60	0-10	76,1	13,6	4,03	0,893	1,823	1,287	2,092	0,047	0,103	-	0,028	0,079
		N120P120K120	0-10	77,2	12,6	4,03	0,861	1,558	1,358	2,095	0,076	0,101	0,006	0,027	0,081
	фракция <1 мкм	Контроль	0-10	57,2	21,7	12,52	1,041	0,722	2,306	3,809	0,135	0,199	0,161	0,035	0,219
			40-50	56,8	21,9	12,62	1,032	0,780	2,613	3,680	0,090	0,153	0,185	0,034	0,178
			90-100	35,6	9,7	7,02	0,352	40,063	4,868	2,015	не обн.	0,132	0,114	0,013	0,082
		N60P60K60	0-10	56,3	21,0	12,13	0,966	1,291	3,396	3,764	0,207	0,515	0,204	0,035	0,195
		N120P120K120	0-10	55,5	20,6	11,81	0,978	0,912	3,070	3,541	0,265	0,344	2,768	0,033	0,185
Верхняя часть склона (А2)	почва в целом	Контроль	0-10	80,9	10,6	3,16	0,551	1,028	1,652	1,653	0,059	0,140	0,032	0,007	0,037
		N60P60K60	0-10	77,7	13,1	3,96	0,688	1,249	0,706	2,108	0,063	0,112	0,013	0,011	0,047
		N120P120K120	0-10	78,1	12,6	3,57	0,808	1,274	1,400	2,032	0,087	0,111	0,003	0,028	0,067
	фракция <1 мкм	Контроль	0-10	55,5	20,4	11,11	0,898	1,037	3,852	3,321	0,208	0,354	3,108	0,032	0,185
		N60P60K60	0-10	56,5	19,7	11,22	0,918	1,186	3,399	3,691	0,187	0,579	2,329	0,036	0,189
		N120P120K120	0-10	55,0	21,5	13,91	1,285	0,535	2,611	3,819	0,186	0,045	0,005	0,028	0,288
Нижняя часть склона (А3)	почва в целом	Контроль	0-10	73,3	12,7	5,06	0,878	1,671	3,475	2,479	0,168	0,163	0,030	0,018	0,100
			40-50	67,4	13,8	5,20	0,856	1,598	8,294	2,463	0,158	0,101	0,017	0,009	0,094
			90-100	67,3	11,3	5,00	0,889	13,017	0,141	2,421	не обн.	0,076	0,029	0,012	0,068
		N60P60K60	0-10	72,1	13,1	5,44	0,896	1,667	3,646	2,634	0,168	0,124	0,012	0,017	0,107
		N120P120K120	0-10	72,4	13,6	5,20	0,949	1,713	2,961	2,683	0,185	0,195	0,024	0,012	0,094
	фракция <1 мкм	Контроль	0-10	53,7	17,5	11,01	0,907	0,354	10,494	3,725	0,241	0,228	1,612	0,013	0,222
			40-50	50,2	10,25	0,839	0,290	14,397	3,332	0,208	0,226	2,098	0,016	0,130
			90-100	53,5	17,3	10,27	0,799	8,812	5,342	3,532	-	0,119	0,186	0,008	0,116
		N60P60K60	0-10	50,6	17,1	10,48	0,840	0,433	12,485	3,245	0,469	0,351	3,766	0,020	0,203
		N120P120K120	0-10	54,2	18,0	11,05	0,856	0,409	8,173	3,748	0,332	0,302	2,675	0,022	0,219

Таблица 5. - Содержание валовых форм микроэлементов, редких и рассеянных элементов, тяжелых металлов в почвах полигона «Агроландшафт» (почва в целом)

Таксон	Вариант	Глубина, см	Содержание элементов, мг/кг
			Ni	Cu	Zn	Ga	Pb	Rb	Sr	Y	Zr
Окраина плакора (А1)	Контроль	0-10	31	30	47	10	28	62	87	20	301
		40-50	46	30	47	12	14	57	87	21	292
		90-100	17	17	20	10	20	21	133	10	239
	N60P60K60	0-10	34	25	45	7	6	60	87	21	348
	N120P120K120	0-10	40	26	45	11	не обн.	57	89	19	322
Верхняя часть склона (А2)	Контроль	0-10	35	25	41	7	6	55	88	19	347
	N60P60K60	0-10	28	31	39	11	18	57	101	23	380
	N120P120K120	0-10	38	20	41	8	12	56	88	19	388
Нижняя часть склона (А3)	Контроль	0-10	34	34	66	16	18	84	132	29	309
		40-50	49	33	81	21	26	85	129	30	360
		90-100	47	22	59	14	27	70	189	27	307
	N60P60K60	0-10	37	27	86	11	20	86	134	31	331
	N120P120K120	0-10	43	40	68	22	18	84	141	28	301
Кларк			40	20	50	30	10	150	300	50	300
ОДК			80	132	220		130

Примечание. ОДК - Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов в почвах (утверждены и введены в действие постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 27.12.1994 г. № 13).

В целом почвы полигона характеризуются довольно высокими, типичными для чернозёмных почв природными запасами общего калия 1653-2479 мг/100 г, фосфора 59-168 и магния 1615-3475 мг/100 г. В наибольшей степени валовыми К₂О, Р₂О₅ и МgО обеспечены агрочерноземы нижней части склона (А₃), меньше всего - почвы верхней части склона (А₂), что обусловлено, главным образом, различиями минералогического и гранулометрического состава. В поверхностном слое агрочерноземов нижней части склона (А₃) количество общего калия на 414 и 826 мг/100 г, фосфора на 74 и 109 , магния на 1860 и 1823 мг/100 г выше, чем в почвах контрольных вариантов на окраине плакора (А₁) и верхней части склона (А₂) соответственно (табл. 6).

Систематическое внесение удобрительных средств привело к увеличению непосредственного резерва калия и фосфора. Однако существует опасность дальнейшего усиления начавшихся процессов разрушения минералов вследствие подкисления почв от повышенных доз минеральных удобрений, что может способствовать истощению естественных запасов питательных веществ в почвах.

Реакция среды более близких по свойствам почв окраины плакора (А₁) и верхней части склона (А₂) нейтральная (рН=6,94-7,16), нижней части склона (А₃) - слабощелочная: рН = 7,23 с колебаниями от 7,11 (нейтральная среда) до 7,47. Систематическое применение полного минерального удобрения в течение семи лет (1999-2005 гг.) привело к достоверному подкислению почв на всех ландшафтных таксонах, степень которого находилось в прямой зависимости от доз удобрений: величина рН в пахотном слое в среднем снизилась на 0,26 единиц от оптимальной дозы и 0,48 - двойной (рис. 6).

Таблица 6. - Дифференцированная оценка запасов (резервов) основных элементов питания в почвах полигона «Агроландшафт», 0-10 см

Таксон	Вариант	Содержание ила, %	Содержание калия, %		Резервы, мг/100 г
			в почве	в иле	потенциальный	ближний	непосредственный	общий
Резервы калия
Окраина плакора (А1)	Контроль	21,7	2,065	3,809	1222	827	16	2065
	N60P60K60	17,4	2,092	3,764	1419	655	18	2092
	N120P120K120	20,7	2,095	3,541	1342	733	20	2095
Верхняя часть склона (А2)	Контроль	18,1	1,653	3,321	1034	601	18	1653
	N60P60K60	22,8	2,108	3,691	1243	842	23	2108
	N120P120K120	22,8	2,032	3,819	1137	871	24	2032
Нижняя часть склона (А3)	Контроль	31,8	2,479	3,725	1271	1185	23	2479
	N60P60K60	28,0	2,634	3,245	1697	909	28	2634
	N120P120K120	30,6	2,683	3,748	1504	1147	32	2683
Резервы фосфора
Окраина плакора (А1)	Контроль	21,7	0,094	0,135	63,8	29,3	0,9	94,0
	N60P60K60	17,4	0,047	0,207	9,2	36,0	1,8	47,0
	N120P120K120	20,7	0,076	0,265	17,7	54,9	3,4	76,0
Верхняя часть склона (А2)	Контроль	18,1	0,059	0,208	20,3	37,6	1,1	59,0	22,8	0,063	0,187	18,3	42,6	2,1	63,0
	N120P120K120	22,8	0,087	0,186	41,6	42,2	3,0	87,0
Нижняя часть склона (А3)	Контроль	31,8	0,168	0,241	90,1	76,6	1,3	168,0
	N60P60K60	28,0	0,168	0,469	34,2	131,3	2,5	168,0
	N120P120K120	30,6	0,185	0,332	79,9	101,6	3,5	185,0
Резервы магния
Окраина плакора (А1)	Контроль	21,7	1,615	2,306	1038	500	77	1615
	N60P60K60	17,4	1,287	3,396	638	591	58	1287
	N120P120K120	20,7	1,358	3,070	665	635	58	1358
Верхняя часть склона (А2)	Контроль	18,1	1,652	3,852	897	697	58	1652
	N60P60K60	22,8	1,002	3,399	150	775	77	1002
	N120P120K120	22,8	1,400	2,611	747	595	58	1400
Нижняя часть склона (А3)	Контроль	31,8	3,475	10,494	52	3337	86	3475
	N60P60K60	28,0	3,646	12,485	54	3496	96	3646
	N120P120K120	30,6	2,961	8,173	364	2501	96	2961

Изменение реакции среды напрямую связано с периодами действия и последействия внесенных удобрений: на всех подурочищах в пахотном слое почв отмечается четкий пик наибольшего относительного снижения значения рН в 2006 г., когда воздействие агрохимических средств было максимальным (рис. 7).

Буферная ёмкость пахотных горизонтов агрочерноземов к минеральным тукам, рассчитанная как отношение массы действующего вещества удобрения к величине изменения рН, составляет от 230 до 269 кг/га д.в./ед. рН или в среднем 248. Т.е. увеличение дозы удобрений до 250 кг/га д.в. будет способствовать подкислению почв на 1 единицу рН (его уменьшению с 7 до 6). При этом неравномерное внесение удобрений может вызывать локальное подкисление почв и увеличение пестроты величины рН пахотного горизонта.

Окраина плакора (А1)	Верхняя часть склона (А2)
Нижняя часть склона (А3)

Рис. 7. Динамика рН в пахотном слое (0-20 см) почв полигона «Агроландшафт»

Все миграционно-мицелярные агрочерноземы полигона сильно деградированы, критерием чего является очень низкое содержание гумуса - менее 4%. Однако почвы разных подурочищ существенно различаются по количеству гумуса. При этом наибольший контраст составляют крайние позиции в рельефе: окраина плакора (А₁) и нижняя часть склона (А₃). Так, агрочерноземы таксона А₃ содержат гумуса в слое 0-100 см больше на 0,65-1,30% в абсолютном (НСР₀₅ = 0,20%) или 60-271% в относительном выражении по сравнению с почвами окраины плакора (А₁). Его количество в почвах полигона находится в средней положительной корреляционной зависимости с содержанием фракции ила (r=0,34) и средней пыли (0,42). Наиболее тесная связь гумуса с этими фракциями наблюдается в агрочерноземах окраины плакора (0,83 и 0,90 соответственно).

Систематическое 7-летнее внесение минеральных удобрений не оказало существенного влияния на изменение содержания гумуса в пахотном горизонте почв всех подурочищ ландшафта, хотя и несколько сдерживало его минерализацию в агрочерноземах склоновых таксонов А₂ и А₃ (табл. 7).

Почвы контрольных вариантов полигона характеризуются низким (10-15 мг/кг) содержанием подвижного фосфора и обменного калия (140-190 мг/кг), за исключением агрочерноземов нижней части склона (А₃), которые относятся к средне обеспеченным К₂О (200-255мг/кг). Агрочерноземы на всех подурочищах ландшафта мало отличаются по содержанию фосфора и существенно различаются количеством калия в пахотном слое. Разница составляет 10 мг/кг при сравнении почв окраины плакора (А₁) и верхней части склона (А₂), 54 - верхней (А₂) и нижней части склона (А₃), 65 мг/кг - при сопоставлении крайних в рельефе окраины плакора (А₁) и нижней части склона (А₃).

Таблица 7. - Динамика содержания гумуса в пахотном слое (0-20 см) почв полигона «Агроландшафт» в зависимости от доз минеральных удобрений, %

Таксон	Вариант	Годы							x±2S	V,%
		2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010
Окраина плакора (А1)	Контроль	2,44	2,42	2,43	2,17	2,14	2,12	2,10	2,26±0,32	7,1
	N60P60K60	2,24	2,46	2,42	2,12	2,06	2,00	2,11	2,20±0,36	8,1
	N120P120K120	2,29	2,46	2,35	2,29	2,10	2,10	2,12	2,24±0,28	6,3
НСР05 для фактора А (вариант) - 0,08%, фактора В (годы) - 0,16%
Верхняя часть склона (А2)	Контроль	2,69	2,58	2,58	2,67	2,74	2,65	2,65	2,65±0,12	2,2
	N60P60K60	2,66	2,65	2,86	2,98	3,02	2,95	2,92	2,86±0,30	5,3
	N120P120K120	2,81	2,71	2,99	3,18	3,10	3,00	2,95	2,96±0,32	5,4
НСР05 для фактора А (вариант) - 0,08%, фактора В (годы) - 0,16%
Нижняя часть склона (А3)	Контроль	3,67	3,43	3,29	3,47	3,54	3,40	3,45	3,46±0,24	3,4
	N60P60K60	3,57	3,52	3,35	3,60	3,56	3,45	3,56	3,52±0,17	2,5
	N120P120K120	3,41	3,60	3,57	3,73	3,59	3,55	3,66	3,59±0,20	2,8
НСР05 для фактора А (вариант) - 0,52%, фактора В (годы) - 1,06%

Примечание. х - среднее значение, 2S - доверительный интервал, V - коэффициент вариации

Между величиной подвижных форм фосфора и калия и гранулометрическим составом установлена средняя положительная корреляционная зависимость: наибольшее количество К₂О и Р₂О₅ связано с фракциями ила (r=0,48-0,67) и средней пыли (0,37-0,63). С крупными фракциями более 10 мкм связь отрицательная (r=0,43-0,59). В илистой фракции наблюдается средняя и сильная корреляционная зависимость между содержанием подвижных форм К₂О и Р₂О₅ и минеральными фазами: положительная с гидрослюдистой (0,49-0,92) и отрицательная со смектитовой (0,51-0,96). Во фракции тонкой пыли отмечается положительная связь с калиевыми полевыми шпатами (0,72) и отрицательная с каолинитом (0,80) и смектитом (0,75). Зависимость между содержанием этих элементов питания и минералогическим составом фракции средней пыли очень слабая или отсутствует. Таким образом, проведенный корреляционный анализ подтверждает существенную функциональную значимость тонкодисперсного материала и, в первую очередь, минералов илистой и тонкопылеватой фракций в пищевом режиме почв.

С удобрениями в дозе N₆₀P₆₀K₆₀ в пахотный слой черноземов поступает ежегодно 23 мг/кг К₂О, в дозе N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ - 46 мг/кг. Применение удобрений вызвало достоверное повышение содержания подвижного фосфора в пахотном слое почв на всех таксонах полигона: в зависимости от дозы агрохимикатов на 11,6-24,6 мг/кг на окраине плакора (А₁), 12,4-21,6 мг/кг в верхней (А₂) и 14,5-25,8 мг/кг в нижней (А₃) части склона (табл. 8).

Под действием удобрений содержание К₂О возросло в пахотном слое почв всех подурочищ на 13-32 мг/кг, 40-69 и 45-95 мг/кг соответственно (табл. 9). Однако эти изменения в почвах разных таксонов были неодинаковыми. Наименьшая отдача от применения удобрений, особенно в дозе N₆₀P₆₀K₆₀, проявилась в пахотном слое почв окраины плакора (А₁), где обменного калия ежегодно в среднем прибавлялось в 1,3-1,7 раз меньше, чем вносилось. В агрочерноземах верхней (А₂) и, особенно, нижней (А₃) частей склона содержание калия повышалось на большую величину, чем вносилось с удобрениями.

Таблица 8. - Динамика содержания подвижного фосфора в пахотном слое (0-20 см) почв полигона «Агроландшафт» в зависимости от доз минеральных удобрений, мг/кг

Таксон	Вариант	Годы							x±2S	V,%
		2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010
Окраина плакора (А1)	Контроль	15,0	11,4	11,8	10,0	8,8	10,8	12,0	11,3±3,9	17,0
	N60P60K60	28,0	24,0	28,0	22,8	17,6	17,4	22,6	22,9±8,6	18,8
	N120P120K120	40,2	33,2	36,2	34,9	33,8	38,8	34,1	35,9±5,3	7,5
Верхняя часть склона (А2)	Контроль	17,0	10,8	11,8	12,0	11,3	11,4	12,0	12,3±4,2	17,1
	N60P60K60	28,8	24,6	30,6	31,0	21,2	17,0	19,4	24,7±11,3	22,9
	N120P120K120	43,4	35,6	41,3	34,7	29,8	27,4	25,0	33,9±13,8	20,4
Нижняя часть склона (А3)	Контроль	20,6	8,6	13,0	13,0	13,0	11,6	19,4	14,2±8,6	30,3
	N60P60K60	23,7	27,7	28,5	29,7	24,8	27,6	39,2	28,7±10,1	17,6
	N120P120K120	30,4	39,4	53,8	39,2	35,3	39,3	42,9	40,0±14,5	18,1
НСР05 для фактора А (вариант) - 3,4 мг/кг, фактора В (годы) - 4,9 мг/кг

Таблица 9. - Динамика содержания обменного калия в пахотном слое (0-20 см) почв полигона «Агроландшафт» в зависимости от доз минеральных удобрений, мг/кг

Таксон	Вариант	x±2S	V,%
		2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010
Окраина плакора (А1)	Контроль	140	160	162	172	160	160	158	159±19	6,0
	N60P60K60	155	180	190	185	175	165	155	172±28	8,2
	N120P120K120	190	185	205	202	195	195	165	191±27	7,0
Верхняя часть склона (А2)	Контроль	140	165	175	190	180	175	170	171±31	9,2
	N60P60K60	185	200	220	225	230	200	220	211±33	7,8
	N120P120K120	250	235	245	245	235	230	240	240±14	2,9
Нижняя часть склона (А3)	Контроль	200	205	215	235	230	230	255	224±38	8,5
	N60P60K60	245	270	260	280	275	270	285	269±27	5,0
	N120P120K120	295	340	350	305	315	300	325	319±42	6,5
НСР05 для фактора А (вариант) - 10 мг/кг, фактора В (годы) - 14 мг/кг

Полученные результаты позволяют предположить, что происходит как привнос подвижных форм К₂О с жидким стоком с вышерасположенной территории, так и активизация процессов, способствующих повышению подвижности калия самих почв. Так, это может быть связано с выходом К₂О из пакетов слюд, который сопровождается стадийной трансформацией слюд более крупных фракций в гидрослюды илистых фракций. Этот процесс более выражен в почвах нижней части склона (А₃), илистая фракция которых отличается повышенным содержанием гидрослюд в пахотном горизонте.

        

         4. Влияние противоэрозионного каркаса агроландшафта на состояние черноземов

В верхней части профиля почв под защитными лесными насаждениями (ЗЛН) по сравнению с пашней происходит аккумуляция тонкодисперсных частиц, количество которых за 60 лет (1947-2007 гг.) в слое 0-40 см увеличилось на 7-23%.

Минералогический состав почв под ЗЛН и на пашне идентичен, отличия заключаются лишь в количественном соотношении минеральных фаз. Илистая фракция почв под лесополосой по сравнению с пашней в слое 0-40 см содержит меньше смектитов (на 8,2-10,7%) и больше каолинита и хлорита (на 2,6-10,7%). Исключение составляет поверхностный слой 0-10 см, в котором в почвах под лесополосой по сравнению с пахотными агрочернозёмами преобладают смектиты.

В почвах под ЗЛН отмечается накопление ряда биогенных макроэлементов. В наибольшей степени здесь по сравнению с пашней увеличивается количество оксида кальция - в 2 раза, затем оксидов серы (в 1,5), железа (в 1,2), калия (в 1,1 раза). В илистой фракции почв под лесополосой аккумулируются основные биогены: фосфор, калий, магний, сера, а также хлор. Особенно заметно увеличивается количество фосфора и хлора - в 1,5 и 1,9 раз соответственно (табл. 10).

Таблица 10. - Валовой химический состав агрочернозёмов и выделенных из них фракций ила на пашне и под лесополосой посадки 1947 г. на окраине плакора (А₁), (0-10 см), %

Вариант	SiO2	Al2O3	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	K2O	P2O5	SO3	Cl	Cr2O3	MnO
Почва в целом
Пашня	77,0	12,9	3,78	0,863	1,401	1,615	2,065	0,094	0,123	0,006	0,025	0,076
Лесополоса	74,3	13,3	4,50	0,847	2,944	1,478	2,293	0,082	0,189	не обн.	0,020	0,088
Фракция менее 0,001 мм
Пашня	57,2	21,7	12,52	1,041	0,722	2,306	3,809	0,135	0,199	0,161	0,035	0,219
Лесополоса	57,7	21,4	11,73	0,991	0,529	2,611	4,128	0,198	0,253	0,313	0,034	0,151

Почвы под лесополосой характеризуются и более высоким содержанием большинства валовых форм ряда таких элементов, как никеля, меди, цинка, брома, рубидия, стронция (табл. 11).

Таблица 11. - Содержание валовых форм микроэлементов, редких и рассеянных элементов, тяжелых металлов в почвах на пашне и под лесополосой посадки 1947 г. на окраине плакора (А₁), (0-10 см)

Вариант	Содержание элементов, мг/кг
	Ni	Cu	Zn	Ga	As	Br	Pb	Rb	Sr	Y	Zr
Пашня	31	30	47	10	не обн.	4	28	62	87	20	301
Лесополоса	41	34	62	8	6	9	18	70	91	19	271
Кларк*	40	20	50	30	5	1,6	10	80	300	50	300

Примечание. * - Кларк элемента в почвах по А.П. Виноградову (1957).

Почвы под защитными лесными насаждениями в слое 0-20 см независимо от возраста и местоположения в агроландшафте достоверно содержат больше гумуса, чем почвы пашни: на 0,4-1, 6% на окраине плакора (А₁), 0,34-0,65% в верхней (А₂) и 0,27-0,36% нижней (А₃) части склона. Под ЗЛН разных возрастов в зависимости от местоположения в рельефе отмечено более высокое содержание подвижного фосфора и обменного калия - соответственно на 1,4-19,4 и 51-190 мг/кг больше, чем на пашне. В содержании подвижных форм фосфора и калия в почвах под ЗЛН в слое 0-20 см наблюдается довольно высокая вариабельность, обусловленная особенностями локализации задерживаемых элементов и различной мощностью геохимических потоков (коэффициенты вариации составляют 23 - 47%).

В почвах под агростепными полосами трав через 7 лет после их закладки, особенно на окраине плакора (А₁) и верхней части склона (А₂), установлено достоверное повышение содержания и запасов гумуса - интегрального показателя почвенного плодородия (табл. 12).

Таблица 12. - Содержание гумуса в слое 0-20 см почв под почвозащитными степными полосами на полигоне «Агроландшафт», %

Таксон	Вариант	Годы						x±2S	V,%
		2004	2006	2007	2008	2009	2010
Окраина плакора (А1)	пашня (контроль)	2,44	2,43	2,17	2,14	2,12	2,10	2,26±0,32	7,1
	под травами	2,35	2,44	2,50	2,43	2,35	2,61	2,47±0,35	7,0
Верхняя часть склона (А2)	пашня (контроль)	2,69	2,58	2,67	2,74	2,65	2,65	2,65±0,12	2,2
	под травами	3,00	3,04	3,20	3,23	3,30	3,10	3,15±0,23	3,7
Нижняя часть склона (А3)	пашня (контроль)	3,67	3,29	3,47	3,54	3,40	3,45	3,46±0,24	3,4
	под травами	3,25	3,45	3,49	3,34	3,30	3,18	3,34±0,24	3,5
НСР05 для фактора А (вариант) - 0,08%, фактора В (годы) - 0,24%

Примечание. В 2005 г. определение гумуса в почвах под ПСП не проводилось.

В нижней части склона (А₃) травянистая растительность не оказала существенного влияния на содержание гумуса в поверхностном слое почв, что свидетельствует о полном гашении стока полосами агростепи выше лежащих таксонов - окраины плакора и верхней части склона.

Достоверное повышение содержания подвижного Р₂О₅ и обменного К₂О в поверхностном слое почв под буферными агростепными полосами установлено только в нижней части склона (А₃): фосфора на 3,6-4,4 мг/кг в отдельные годы исследований (2006 и 2009), калия - в среднем на 143 мг/кг (колебания по годам исследований 90-225 мг/кг).

        

        
Выводы

1. Почвы полигона «Агроландшафт» представлены агрочерноземами миграционно-мицелярными слабогумусированными средне- и тяжелосуглинистыми. Геоморфологические и литологические различия подурочищ агроландшафта способствовали дифференциации агрочерноземов по уровню плодородия в результате эрозионных процессов, активно развивавшихся до создания противоэрозионного каркаса. По этой причине почвы окраины плакора имеют наименьшую мощность гумусовых горизонтов и самое низкое содержание гумуса. Вниз по склону происходит увеличение мощности гумусового слоя, количества гумуса и утяжеление гранулометрического состава, оказывающих влияние на агрохимические показатели.

2. Почвы всех ландшафтных таксонов полигона содержат смектиты, гидрослюды, каолинит и хлорит в илистой фракции. В верхней части профиля доминируют гидрослюды - 47,6-48,3%, в нижних горизонтах преобладают смектиты - 47,2-63,6%. Пылеватые фракции состоят из кварца, слюд, калиевых полевых шпатов, плагиоклазов, хлоритов, каолинита и смектитов. Во фракции тонкой пыли доминируют слюды (28,8-41,8%) и кварц (28,4-37,3%), средней пыли - кварц (35,2-66,5%). Внесение минеральных удобрений не оказывает существенного влияния на минералогический состав тонкодисперсных фракций. Однако в почвах окраины плакора (А₁) и верхней части склона (А₂) отмечается активизация процессов механической дезинтеграции минералов из более крупных фракций в тонкопылеватую и разрушения неустойчивых к выветриванию минералов, таких как смешаннослойные образования и хлорит.

. В валовом химическом составе почв разных подурочищ ландшафта отмечается тренд в изменении содержания макроэлементов: снижение количества кремния и относительное повышение содержания алюминия и железа к агрочерноземам нижней части склона (А₃), что обусловлено более высоким количеством илистой фракции и смектитов в ней. Повышенным содержанием биофильных элементов отличаются агрочерноземы нижней части склона (А₃), в которых количества магния в 2,1-2,2 раза, фосфора в 1,8-2,8 и калия в 1,2-1,5 раза больше, чем в почвах других таксонов. Систематическое внесение различных доз минеральных удобрений не приводит к загрязнению почв токсичными элементами. В верхних горизонтах почв удобренных вариантов, особенно в их илистых фракциях, отмечается накопление таких биофильных элементов как фосфор и калий, необходимых для формирования урожая возделываемых культур.

. Почвы полигона характеризуются довольно высокими природными запасами общего калия 1653-2479 мг/100 г, фосфора 59-168 и магния 1615-3475 мг/100 г. Большая часть этих элементов (51-59%) находится в потенциальном резерве, минимальная - в непосредственном (0,8-4,1%). Систематическое внесение удобрений приводит к увеличению непосредственного резерва калия и фосфора. Однако существует опасность разрушения минералов вследствие усиления подкисления почв при внесении повышенных доз минеральных удобрений, что может привести к истощению естественных запасов питательных веществ.

. Мониторинг в течение 6-ти лет (2004-2010 гг.) за действием и последействием систематического семилетнего применения (1999-2005 гг.) полного минерального удобрения позволил выявить ряд изменений в свойствах почв.

а). Произошло достоверное подкисление почв на всех подурочищах ландшафта: в среднем на 0,26 единиц при оптимальной дозе и 0,48 - двойной. Буферная ёмкость пахотных горизонтов агрочерноземов к минеральным тукам составила от 230 до 269 кг/га д.в. /ед.рН или в среднем 248, т.е. увеличение дозы удобрений до 250 кг/га д.в. будет способствовать подкислению почв на единицу рН.

б). Внесение минеральных удобрений не оказало существенного влияния на содержание гумуса в почвах всех ландшафтных таксонов.

в). Содержание подвижного фосфора в пахотном слое почв повысилось на 11,6 (А₁) - 14,5 (А₃) мг/кг, обменного калия - на 32 (А₁) - 95 (А₃) мг/кг. Увеличение содержания Р₂О₅ и К₂О отмечается не только в верхних горизонтах, но и во всем метровом профиле.

г). Существует тесная корреляционная зависимость содержания валовых форм биогенных макро- (r=0,56-0,90) и микроэлементов (0,70-0,90), подвижных форм фосфора и калия (0,37-0,67) с количеством тонкодисперсных фракций, особенно илистой, что подтверждает их функциональную значимость, главным образом глинистых минералов, в пищевом режиме почв.

. Проведенные исследования подтвердили высокую эффективность организации территории полигона, экологический каркас которого, состоящий из системы защитных лесных насаждений и агростепных полос трав, в условиях склонов снижает потери биогенных элементов, некоторых микроэлементов в результате водной эрозии. В почвах под агростепными полосами трав через 7 лет после их закладки, особенно на окраине плакора (А₁) и верхней части склона (А₂), отмечается достоверное повышение содержания и запасов гумуса. В нижней части склона (А₃) влияние почвозащитных степных полос на свойства почв менее значительно (кроме содержания подвижного фосфора и обменного калия).

7. Необходимость дифференцированного ландшафтного подхода к экологически обоснованному использованию агрохимикатов на каждом структурном элементе агроландшафта и разработке мероприятий по сохранению и повышению плодородия почв обусловлена разным соотношением содержания тонкодисперсных фракций, их минералогического состава и содержания гумуса, определяющим реакцию органно-минеральной основы на вносимые минеральные удобрения

Предложения производству

. Для обеспечения увеличения урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур и предотвращения деградации экологически уязвимых почв необходимо дифференцированное систематическое применение различных доз минеральных удобрений в каждом структурном элементе агроландшафта (с максимумом N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ в нижней части склона и не более N₆₀P₆₀K₆₀ на окраине плакора и в верхней части склона, почвы которых обладают меньшей буферностью).

2. В условиях окраин плакора Ставропольской возвышенности, где усиливается процесс необменной фиксации калия удобрений вследствие более быстрого увлажнения и пересыхания пахотного слоя при выпадении осадков по сравнению со склоновыми участками, целесообразна более глубокая заделка калийных удобрений.

3. Высоко эффективная структура экологического каркаса на полигоне «Агроландшафт» может использоваться в качестве модели при землеустройстве склоновых агроландшафтов, интенсивно используемых в земледелии Центрального Предкавказья.

. Для улучшения гумусного состояния пахотных земель, обеспечения повышения плодородия почв в агроландшафте, особенно окраин плакоров и верхних частей склонов, следует периодически (каждые 7-10 лет) перемещать агростепные полосы по склону.

Список опубликованных работ

1.      Чижикова, Н.П. Изменение природных запасов элементов питания в агрочернозёмах Ставропольского края при агрогенном воздействии (на примере полигона «Агроландшафт»)/ Н.П. Чижикова, С.Н. Шкабарда // Плодородие. - 2011. - № 4 . - С. 48-50.

2.       Шкабарда, С.Н. Влияние интенсивности использования агрочерноземов Ставропольской возвышенности в ландшафтном земледелии на состояние эдафических факторов/ С.Н. Шкабарда // Агрохимический вестник. - 2011. - № 6. - С.

3.       Годунова, Е.И. Роль защитных лесных насаждений в экологической устойчивости ландшафта /Е.И. Годунова, С.Н. Шкабарда// Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем: материалы Междунар. научн. конф. (Михайловск, 16-17 июня 2010 г.) / ГНУ СНИИСХ Россельхозакадемии. - Ставрополь: АГРУС, 2010. - С. 106-108.

.        Годунова, Е.И. Влияние агростепных полос на состояние эдафических факторов на полигоне «Агроландшафт» /Е.И. Годунова, С.Н. Шкабарда// Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем: материалы Междунар. научн. конф. (Михайловск, 16-17 июня 2010 г.) / ГНУ СНИИСХ Россельхозакадемии. - Ставрополь: АГРУС, 2010. - С. 102-105.

5.       Чижикова, Н.П. Устойчивость агрочернозёмов ландшафтов байрачных лесостепей, типичных для территории Ставропольской возвышенности, к агрогенным воздействиям /Н.П. Чижикова, Е.И. Годунова, С.Н. Шкабарда, А.А. Самсонова// Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова: материалы Всерос. научн. конф. (Москва, 28-29 сент. 2010 г.) / Почв. ин-т им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии и др. - Москва, 2010. - С. 555-562.

6.       Чижикова, Н.П. Дифференцированная оценка запасов калия в почвах полигона «Агроландшафт» /Н.П. Чижикова, Е.И. Годунова, С.Н. Шкабарда // Генезис, география, классификация почв и оценка почвенных ресурсов: материалы научн. конф., посвящ. 150-летию со дня рождения Н.М. Сибирцева (Архангельск, 14-16 сент. 2010 г.): VII Сибирцев. чтения/ О-во почвоведов им. В.В.Докучаева и др.- Архангельск: КИРА, 2010. - С. 208-212.

.        Чижикова, Н.П. Влияние интенсивности использования агрочернозёмов Ставрополья в агроландшафте на их экологические функции /Н.П. Чижикова, С.Н. Шкабарда, Е.И. Годунова// Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России: материалы Междунар. конф., посвящ. 165-летию В.В. Докучаева (Санкт-Петербург, 1-4 марта 2011 г.) / СПГУ и др. - Санкт-Петербург, 2011. - С. 502-505.

.        Шкабарда, С.Н. Роль защитных лесных насаждений в качестве биогеохимического барьера в агроландшафте / С.Н. Шкабарда, Н.П. Чижикова, Е.И. Годунова// Биокосные взаимодействия в природных и антропогенных системах: материалы IV Междунар. симпозиума (Санкт-Петербург, 19-21 сентября 2011 г.) / СПГУ и др. - Санкт-Петербург, 2011. - С. 222-227.