Среди процессов, ведущих к деградации, особую опасность представляет эрозия почв. Интенсивному ее проявлению способствуют многие факторы. Для юга Западной Сибири данная проблема характерна практически повсеместно, но наиболее угрожающий характер она носит в юго-восточной ее части [1]. Так, территория юго-востока Западной Сибири характеризуется высокой эрозионной опасностью в первую очередь в силу особенностей рельефа. Наиболее расчлененная часть этого региона – Буготакский мелкосопочник. На исследуемой территории под залежами можно встретить почвы разной степени смытости и отследить изменения их свойств, отраженные в баллах почвенно-экологического индекса (ПЭИ). Целью исследования является выявление степени восстановления их исходных почвенно-физических характеристик.
Буготакский мелкосопочник имеет преобладающие высоты от 220–248 м [2]. Основные элементы рельефа данного района – склоны с крутизной в приводораздельной части до 9–12 ° и в прибалочной – 25–30 ° (рисунок). Выпуклая форма склонов является причиной интенсивного смыва в средней и нижней их частях [3]. Большая протяженность склонов обеспечивает значительный объем поверхностного стока. Величина горизонтального расчленения может составлять до 1–1,2 км/км2 [4].
Типичный ландшафт Предсалаирья (Буготакский мелкосопочник)
К факторам, определяющим интенсивность смыва, кроме длины склона и уклона поверхности, относятся податливость почв смыву, способ хозяйственного использования земель, защитная роль растительного покрова, интенсивность осадков, характер снегоотложения и другие [5]. Так, летние осадки производят кратковременное эрозионное воздействие на почву, и в силу частичной защищенности почвы растениями, эродирующее воздействие ливней намного слабее, чем при смыве почвы талыми водами во время снеготаяния. В весеннее же время на интенсивность смыва влияет степень увлажнения и промерзания почв, от которых зависит их водопроницаемость.
На исследуемой территории кратковременные сильные холода (до –30 °С) на фоне общей морозной погоды вызывают накопление холода в почве. К началу снеготаяния (конец марта) глубина промерзания почвы достигает 1,4–2,2 м, а температура колеблется от –0,5 до –4,2 °С. Глубокое промерзание является одним из факторов образования ледяной прослойки в почве, препятствующей инфильтрации талых вод [2]. Это, в сумме с вышеперечисленными факторами, способствует формированию большого объема поверхностного стока при весеннем снеготаянии.
Исследуемая территория характеризуется холодной и умеренно и достаточно снежной зимой. Весна короткая, засушливая и полузасушливая; осень средней продолжительности, полувлажная и влажная в конце. Лето короткое, умеренно теплое, умеренно влажное. В год выпадает 440–537 мм, при этом большая часть (270 мм осадков) – в период с температурами, превышающими 10 °С. Коэффициент увлажнения составляет > 1. Продолжительность безморозного периода – 105–116 дней. Средняя температура наиболее теплого месяца составляет 19,0…20,0 °С, средняя температура наиболее холодного месяца –18,0…–19,0 °С при среднегодовой температуре –1,1 °С. Сумма температур > 10 °С равна 1700–2000 °С. Коэффициент континентальности (по Иванову) – 215 [1].
Систематически обрабатывать землю на территории Предсалаирья начали сравнительно недавно. Масштабное земледельческое освоение этого района началось со второй половины XIX в. При этом действительно массовая распашка началась здесь в связи с земельными реформами начала прошлого столетия. В то же время на 1950-е гг. приходится тотальная распашка любых, даже совершенно не подходящих для этого, местоположений. Вовлечение целинных и залежных земель в сельскохозяйственное производство затронуло в том числе эрозионно-опасные склоновые территории. Именно их распашка явилась причиной выхода эрозионных процессов за рамки их естественных значений [3].
Эрозионную опасность территории, наряду с рельефом, обеспечивает также и климат. Среднегодовое количество осадков составляет около 450 мм [4], при этом характерны многоснежные зимы, после которых следует обильный поверхностный сток талых вод, приводящий к смыву твердой фазы почвы (до 10 т/га) [3].
Почвообразующими породами исследуемой территории являются лессовидные суглинки [2]. Высокое содержание крупнопылеватой фракции в них способствует тому, что при взаимодействии с водой они быстро размокают и становятся весьма податливыми к размыву, что приводит к интенсивному развитию почвенно-эрозионных процессов [3].
В ходе многолетних исследований, проводимых сотрудниками Института почвоведения и агрохимии СО РАН на территории Предсалаирья, установлено, что процесс современной эрозии почв может начинаться на склонах с крутизной > 1 [2].
В данном исследовании представлены результаты почвенно-экологической оценки черноземов оподзоленных, выщелоченных, а также темно-серых лесных почв под залежами молодого и среднего возраста.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования стали почвы Предсалаирья. Исследованы 6 почвенных разрезов на черноземах выщелоченных, оподзоленных и серых лесных почвах. По степени смытости исследованные почвы относятся к несмытым, слабосмыто-намытым, смыто-намытым, среднесмытым и сильносмытым. Согласно классификации [6], залежи на исследуемых почвах имеют молодой (2–5 лет) и средний (10–15 лет) возраст.
Отбор почвенных образцов осуществлялся сплошной колонкой для определения содержания гумуса, кислотности, подвижных форм фосфора и калия, гранулометрического состава. Производился отбор образцов для определения плотности почвы (объемной массы).
Для почвенно-экологической оценки исследованных почв была использована методика расчета почвенно-экологического индекса (ПЭИ). Преимущества данной почвенно-оценочной методики перед традиционной бонитировкой, в основе которой состоит оценка содержания гумуса, азота и фосфора, заключается в ее комплексном подходе. Так, традиционная бонитировка лишь отчасти отображает полноту собственно почвенных показателей, не учитывает климатические данные и не в полной мере отражает агрохимические показатели [1]. Методика же расчета ПЭИ сочетает в себе факторы почвенного плодородия, климатические и геоморфологические показатели оценки почв [4, 7].
Расчет ПЭИ производился по методике, разработанной в Почвенном институте им. В.В. Докучаева И.И. Кармановым [8], рассчитывался по формуле
где ПЭИ – почвенно-экологический индекс;
V – плотность (объемная масса) почвы, г/см3;
2 – максимально возможная плотность г/см3;
П – «полезный» объем почвы в метровом слое;
Дс – дополнительно учитываемые свойства почвы;
Σt > 10 °С – среднегодовая сумма активных температур;
КУ – коэффициент увлажнения;
Р – поправка к коэффициенту увлажнения;
КК – коэффициент континентальности;
А – итоговый агрохимический показатель содержания элементов питания.
Поскольку формула расчета ПЭИ содержит почвенный, климатический и агрохимический сегменты, она в конечном итоге отражает суммарное влияние почвенно-экологических условий на производительность почв [4].
При проведении исследований по изучению агрофизических свойств почв залежных земель использовались следующие методы: определение гранулометрического состава почв посредством ситово-пипеточного метода [9]; определение органического углерода (гумуса) по Тюрину [10]; определение рH почвы потенциометрическим методом [9], определение плотности (объемной массы) почвы [11].
Результаты исследования и их обсуждение
При проведении почвенно-экологической оценки исследуемые почвы были ранжированы в зависимости от возраста залежей, сформированных на них. Полученные результаты представлены в виде таблицы.
Распределение значений ПЭИ в почвах под разновозрастными залежами
|
Объект |
Балл ПЭИ |
|
Почва под молодой залежью (2–3 года) |
26,6 |
|
Почва под молодой залежью (3–4 года) |
38 |
|
Почва под средневозрастной залежью (5–7 лет) |
45 |
|
Почва под средневозрастной залежью (7–10 лет) |
41,4 |
|
Почва под средневозрастной залежью (14 лет) |
25,1 |
|
Почва целины |
63,1 |
Исходя из данных, представленных в таблице, мы можем сделать следующие выводы.
Один из самых низких показателей ПЭИ маркирует почвы под молодыми залежами – это чернозем выщелоченный среднесмытый среднесуглинистый и темно-серая лесная среднемощная среднесуглинистая почва. Находясь под залежами 2–3- и 3–4-летнего возраста, они имеют показатели ПЭИ 26,6 и 38,0 соответственно. Разница объясняется как степенью смытости первых, так и недолгим их нахождением под залежью.
Почвы под средневозрастными залежами (чернозем выщелоченный слабосмыто-намытый глубоковскипающий среднесуглинистый под залежью 5–7 лет; чернозем выщелоченный среднесуглинистый под залежью 7–10 лет) имеют практически схожие показатели ПЭИ: 45,0 и 41,4 соответственно. Не настолько заметная разница данного показателя для почв под молодыми и средневозрастными залежами может объясняться тем, что, в силу разных причин средневозрастные залежи (как по степени восстановления почвенно-физических свойств, так и по стадии сукцессии), далеко не всегда явно отличаются от залежей молодого возраста.
Особо следует отметить показатель ПЭИ для почвы под залежью возрастом 14 лет – чернозем выщелоченный сильносмытый среднесуглинистый. Значение индекса здесь составляет лишь 25,1 балла. Снижение показателя ПЭИ для сильносмытых почв является закономерным [1], так как самый ценный гумусовый горизонт был смыт, из-за чего заметно снизилось содержание гумуса, питательных элементов, изменилась структура бывшего пахотного горизонта, произошло изменение плотности.
Поскольку в современных условиях восстановить потери гумусового горизонта практически невозможно, наибольшую значимость представляют меры по предотвращению дальнейших потерь гумуса и, следовательно, поддержанию сохранившегося к настоящему времени плодородия почв [1].
Наибольшие значения ПЭИ характерны для почвы целины (чернозем оподзоленный среднемощный тучный тяжелосуглинистый) – 63,1 балла, что объясняется слабой выраженностью эрозионных процессов ввиду отсутствия распашки, а потому наиболее полным сохранением ее производительности.
Таким образом, проведенная почвенно-экологическая оценка почв под молодыми и средневозрастными залежами юго-востока Западной Сибири выявила незначительные различия в степени восстановления их исходных почвенно-физических свойств. В сочетании с высокой эрозионной опасностью территории это делает нецелесообразным возвращение их в сельскохозяйственный оборот в качестве пашни, поскольку в таком случае через короткое время действие почвенно-эрозионных процессов продолжит наносить непоправимый ущерб данным почвам как средству сельскохозяйственного производства, что в будущем сделает маловероятным их восстановление даже в отдаленной перспективе.
Работа выполнена по государственному заданию ИПА СО РАН.