Почвенные и земельные ресурсы агроландшафтов Южного Предбайкалья и их качественная оценка

Введение

Почвенные ресурсы представляют почвенный покров определенной территории, стоящий из всей совокупности почв. Главное  свойство почв – это естественное плодородие, от которого зависит продуктивность земель в сельском и лесном хозяйстве. Помимо того,  что почвенные ресурсы выполняют важные экологические функции, почвы служат буфером и фильтром для загрязнителей, условием сохранения биоразнообразия, играют важную роль в круговороте воды и азота (Ковда, Пачепский, 1989).

Земельные ресурсы  – часть земельного фонда, которая используется или может быть использована в народном хозяйстве, представляют собой совокупный природный ресурс поверхности суши, как пространственного базиса расселения и хозяйственной деятельности являются основным средством производства в сельском и лесном хозяйстве. Для них характерен преобразованный антропогенный ландшафт или агроландшафт (Ларешин и др., 2008). К почвам агроландшафтов относятся пахотные угодья, а также залежи, либо искусственно переведенные в данный режим, либо стихийно заброшенные пашни [4, 12]. 

Для более эффективного использования почв агроландшафтов на современном этапе развития земледелия требуется развитие новые подходов и концепций его ведения. Например, концепция адаптивно-ландшафтного земледелия, сформулированная А.Н. Каштановым (2008) подразумевает систему использования земли, направленную на производство продукции с учетом экономических и материальных ресурсов и обеспечивающую устойчивость агроландшафта и воспроизводства повышенного плодородия.

Базисным блоком при реализации данной концепции выступает агроэкологическая оценка или почвенно-экологическая оценка почв, которая производится на основе комплексного исследования всех компонентов природы. Методической основой является системный подход в сопоставлении требований растений и их адаптивных возможностей с фактическим состоянием агроландшафта и перспективой регулирования его свойств. Учение о почвенном плодородии, структуре почвенного покрова, о сельскохозяйственной типологии земель является научной базой для разработки системы адаптивно-ландшафтного земледелия [20].

Дать почвенно-экологическую оценку почв агроландшафтов территории можно при помощи расчетов почвенно-экологических индексов (ПЭИ), которые используют при проведении комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения (Методические указания по…, 2003) и фактически утверждены на правительственном уровне (Карманов, Булгаков, 2012).

Материалы и методы

Особенности природных условий Иркутский области наложили определенный отпечаток на формирование почвенного покрова, который характеризуется большим разнообразием почв. В соответствии с природно-климатическими условиями территория области условно подразделяется на три зоны: остепненная, лесостепная и подтаежно-таежная (Система земледелия Иркутской…, 1981). В пахотных угодьях этих природно-климатических зон представлены следующие типы почв в тыс. га (Доманский, Дмитриева, 2002): серые лесные – 835,1;  дерново-карбонатные – 638,8; черноземы – 138,3 тыс. га. В меньшей степени дерново-подзолистые почвы – 33,1 и интразональные почвы, обладающие высоким уровнем плодородия – это лугово-черноземные (74,1), луговые (14,5) и аллювиальные (36,9), а также прочие почвы (19,3). Перечисленные типы почв, точнее, их агроварианты, явились объектами данного исследования.

Для проведения качественной оценки почв агроландшафтов региона  воспользовались методикой, разработанной И.И. Кармановым  (1991) в Почвенном институте им. В.В. Докучаева. Основу методики составляет расчет почвенно-экологических индексов (ПЭИ), количественно отражающих природный потенциал пахотных земель в баллах (от 1 до 100) продуктивности группы ведущих сельскохозяйственных культур. Результирующий ПЭИ, как итоговое значение, определяется через произведение почвенного, климатического и агрохимического индексов. Методика также позволяет рассчитать баллы бонитета пашни, пригодной для возделывания конкретных сельскохозяйственных культур. Расчет индексов выполнен при помощи автоматизированной электронной системы (АЭС), разработанной на базе Microsoft Excel (Шпедт и др., 2015).

Для Южного Предбайкалья впервые для региона приводятся наиболее надежные, обработанные статистически, данные по почвам агроландшафтов региона, полученным, как из литературных источников, так и непосредтсвенно самим автором. По каждому из показателей имеются математически достоверные средние и их доверительный интервал

Результаты и обсуждение

Дерново-подзолистые почвы формируются под лиственничной и лиственнично-сосновой травяно-кустарниковой растительностью на различных типах отложений (Макеев, 1959, Кузьмин, 1980; Козлова 2016а). По мере вырубки лесов и раскорчевки этот тип почвы включается в состав сельскохозяйственных угодий только в некоторых районах Иркутской области (Заларинский, Зиминский, Братский, Тайшетский, Жигаловский, Киренский, Усть-Илимский, Нижне-Илимский и Иркутский), занимая всего около 2 % пашни. Большая часть дерново-подзолистых почв представлена тяжелыми и средними суглинками. Они характеризуются низким содержанием гумуса (до 2 %) с мощностью гумусного горизонта до 15 см. В основном имеют кислую реакцию среды солевой суспензии,  низкую емкость обменного поглощения (до 20 мг-экв/100 г почвы), и слабонасыщены основаниями, что вызывает необходимость в их известковании.

Серые лесные почвы в основном сосредоточены в лесостепной зоне и имеют три подтипа (Классификация-1977), которые отличаются по содержанию гумуса. Этот тип почвы формируется на положительных элементах рельефа. Подстилающими породами являются юрские песчаники и сланцы, а также делювиальные суглинки и глины (Надеждин, 1961; Кузьмин, 1980; Козлова, 2016а). Гумусовый горизонт от 10-30 см, его структура комковатая или комковато-ореховатая, по гранулометрическому составу средне- и тяжелосуглинистые. Содержание гумуса составляет от 2 до 8 %, общего азота – 0,22-0,35 %, фосфора – 0,17-0,22 %, калия 2,1-3,2 %. Реакция среда солевой суспензии  – от среднекислой до нейтральной.

Подтип светло-серые лесные – имеет оподзоленный горизонт Е или гумусо-оподзоленный АЕ беловатой окраски и характеризуется пластинчатой или пластинчато-ореховатой структурой. Мощность гумусового горизонта достигает 10 см и имеет светло-серую окраску, содержание гумуса в нем составляет менее  3 %. Реакция среды солевой суспензии – кислая, степень насыщенности основаниями – 60-70 %, что указывает на необходимость известкования, гранулометрический состав, как правило, тяжелый суглинок. Данный подтип составляет 12 %  от площади серых лесных почв в составе пашни.

Подтип серые лесные имеет мощность гумусового горизонта 20 см и более, серой окраски, содержание гумуса составляет 3-5 %. Структура комковато-ореховатая, подзолистый горизонт, как правило, отсутствует. По гранулометрическому составу, в основном, тяжелый суглинок. Реакция среды солевой суспензии – средне- и слабокислая. Степень насыщенности основаниями верхних горизонтов составляет 70-80 %, нижних может колебаться от 30 до 95 %. Этот подтип занимает 45 % от площади пахотных серых лесных почв.

Темно-серые лесные почвы сформировались преимущественно в низинных частях увалов, межувальных понижениях, пониженных участках террас, понижениях микрорельефа. Их площадь составляет 44 % пахотных серых лесных почв. Это наиболее плодородные земли, близкие по своим свойствам к черноземам. Содержание гумуса в них достигает 7 %, мощность гумусового горизонта более 30 см. Реакция среды солевой суспензии близка к нейтральным значениям, насыщенность основаниями составляет 95-98 %.

Дерново-карбонатные почвы широко распространены в таежно-подтаежной  и степной зоне Иркутской области. Они сформировались на элювии и делювии мергелей и известняков верхнего и нижнего кембрия (Макеев, 1959, Кузьмин, 1980; Козлова, 2016а). Дерново-карбонатные почвы подразделяются на типичные, вскипающие от 10 % HCl в горизонте А и с поверхности, и выщелоченные, вскипание 10 % HCl от карбонатов наблюдается  ниже гумусового горизонта. По гранулометрическому составу эти почвы представлены средними и тяжелыми суглинками. Они обладают высокой влагоемкостью и воздухообеспеченностью. Этот тип почвы характеризуется высоким потенциальным плодородием. Мощность гумусового горизонта составляет 20-22 см, с содержанием гумуса до 10 %. По количеству гумуса выделяют: малогумусные – менее 3 % гумуса, среднегумусные – 3-5 % гумуса и высокогумусные  – более 5 % гумуса.

В типичных дерново-карбонатных почвах реакция среды солевой суспензии пахотного горизонта составляет 7,0-7,2, вниз по профилю щелочность нарастает достигая в материнской породе 7,4-7,9. В дерново-карбонатных выщелоченных почвах реакция среды солевой суспензии – 6,0-6,4, переходного к породе горизонта – 6.9-7,1, материнской породы – 7,4-7,9. Емкость обменного поглощения очень высокая и может достигать 50-60 мг-экв/100 г почвы, а степень насыщенности основаниями обычно выше 95 %.

Черноземы – это почвы высоких потенциальных возможностей. В площади пашни Иркутской области они занимают около 10 % и представлены в основном выщелоченными и солонцеватыми (Надеждин, 1961) или южными (Кузьмин, 1980), нами названные обыкновенными (Козлова, 2016б). Выщелоченные черноземы формируются под луговыми ковыльноразнотравными степями и приурочены к нижним частям склонов. Они имеют мощный гумусовый горизонт до 50 см, темно-серой окраски, обладающий зернисто-комковатой структурой. Содержание гумуса колеблется от 7 до 12 %, общего азота – 0,3-0,6 %, фосфора – 0,15-0,30 %, калия – 2,4-3,3 %. Сумма обменных оснований составляет – 30-60 мг мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями более 90 %, реакция среды солевой суспензии – слабокислая или нейтральная. Вскипание наблюдается в верхней части иллювиального горизонта В.

Обыкновенные черноземы формируются на древних террасах,  сложенных аллювиальными и делювиальными лёссовидными отложениями. Мощность гумусового горизонта А достигает 30 см, его окраска бурая или буровато-серая. В иллювиальном горизонте встречаются признаки солонцеватости – уплотнение и столбчатая структура. Вскипание наблюдается в гумусовом горизонте. Содержание гумуса составляет от 7,5-6,5 %, общего азота – 0,3-0,5 %, фосфора 0,2-0,3 %. Реакция среды солевой суспензии – слабощелочная. Почвы имеют неблагоприятные водно-физические свойства ввиду наличия в почвенно-поглощающем комплексе обменного натрия (Надеждин, 1961; Кузьмин, 1980; Козлова, 2016б).

Краткая агрохимическая характеристика основных типов почв представлена в таблице 1.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика основных типов почв

Анализируя данные таблицы 1 можно констатировать, что из основных типов почв, находящихся в составе пашни, наиболее слабо обеспеченны гумусом дерново-подзолистые и серые лесные почвы. Существенный процент кислых почв, нуждающихся в известковании, также наблюдается в составе дерново-подзолистых и серых лесных почв. Доля почв с низким содержанием подвижного фосфора в целом по всем типам относительно невелика и в основных пахотных почвах не превышает 7 %. Наиболее слабо обеспечены подвижным фосфором и обменным калием пойменные почвы. Также значительная доля серых лесных почв (17 %) характеризуется низким содержанием обменного калия. В целом картина уровня почвенного плодородия при сравнительной оценке по типам почв довольно неравнозначна и, следовательно, должна учитываться при разработке системы удобрения и земледелия в целом (Житов, Дмитриев, 2013).

В табл. 2 приведены данные почв агроландшафтов, которые явились исходными для расчета почвенного, агрохимического  и климатического индексов, произведение которых составило почвенно-экологический потенциал.

Таблица 2

Исходные данные, необходимые для расчета ПЭИ почв агроландшафтов

Согласно проведенному расчету почвенно-экологического индекса наиболее ценными из исследуемых агрогенных почв агроландшафтов являются черноземы выщелоченные (агрочерноземы глинисто-иллювиальные), у которых ПЭИ оказался максимальным и составил 28,4 (табл. 3).

Таблица 3 

Промежуточные и итоговый почвенно-экологический индекс почв агроландшафтов Южного Предбайкалья в баллах

Немного им уступают  по этому показателю агрочерноземы дисперсно-карбонатные и дерново-карбонатные почв (агроземы структурно-метаморфические остаточно-карбонатные). Сразу за ними идут дерновые лесные почвы (агроземы структурно-метаморфические остаточно-карбонатные). Замыкающими в ряду убывания итогового ПЭИ стали светло-серые лесные почвы (агроземы текстурно-дифференцированные).

Следует отметить, что на итоговый ПЭИ последних двух почв наибольшее значение оказывает климатический индекс, чем почвенный, а для первых трех как раз наоборот – почвенный. Максимальные значения агрохимического индекса наблюдались в дерново-карбонатных почвах (агроземах структурно-метаморфических остаточно-карбонатных)  и черноземах выщелоченных (агрочерноземах глинисто-иллювиальных). Хотя в целом его колебания во всех рассмотренных почвах региона не велики.

Среди постагрогенных почв выделяются черноземы обыкновенные  (агрочерноземы дисперсно-карбонатные) тем, что основной вклад в итоговый ПЭИ вносит почвенный индекс. В остальных почвах преобладающим показателем в составе итогового ПЭИ является климатических индекс. По агрохимическому индексу наиболее плодородными оказались дерново-подзолистые почвы,  (агроземы текстурно-дифференцированные), а одними из бедных – черноземы обыкновенные (агрочерноземы дисперсно-карбонатные). Минимальными значениями почти всех показателей, за исключением агрохимического, выделилась каштановая почва (агрозем текстурно-карбонатный).

Выводы

1. В целом необходимо отметить, что все рассмотренные почвы отличаются низким уровнем плодородия, максимальный итоговый индекс составил всего 31 балл в темно-серых лесных глеевых (освоенных) почвах (агротемно-серых глеевых).  Для сравнения: все почвы Краснодарского края имеют ПЭИ, равный 100 баллам (Карманов, 1991). Исследованные почвы агроландшафтов Южного Предбайкалья 3,2-12,5 раз уступают в плодородии краснодарским почвам.  Из чего следует необходимость самого тщательного изучения потенциала возможностей почвенного покрова и земельных ресурсов региона. Всестороннее изучение свойств и режимов почв, разработка и внедрение агротехнических, агрохимических и почвозащитных мероприятий, направленных на решения продовольственных задач, при обеспечении выполнения почвенным покровом глобальных экологических функций.

2. Эту задачу можно выпонить переведя сельское хозяйство региона на новый технотронный технологический уровень его ведения, который следует за индустриальным укладом и в настоящее время присущ сельскому хозяйству развитых стран мира (Багайников, 2015). Он заключается в более широком использовании передовых достижений науки и, в первую очередь, достижений в области автоматизации, компьютеризации, информатики и опирается на применение компьютерных систем генерации агротехнологических решений, глобальных систем позиционирования, геоинформационных технологий, новейших информационных технологий, дистанционных и бортовых датчиков, автоматических исполнительных органов сельхозмашин (Гайсин, 2011).

3. Одним из способов является разработка и внедрение адаптивно-ландшафтных систем земледелия. В регионе ее следует последовательно осуществлять по следующей схеме: агроландшафтное районирование – агроландшафтные районы – адаптивно-ландшафтные системы земледелия трех уровней: малоинтенсивные, среднеинтенсивные, высокоинтенсивные. Разработку систем земледелия необходимо вести по четырем основным блокам: агротехническому, мелиоративному, организационно-экономическому и экологическому, основу которого и составляет почвенно-экологическая оценка (Серышев, Солодун, 2009; Солодун, Заяц, 2015).