Изменения физических свойств черноземов сегрегационных в агролесоландшафтах Центрального Черноземья

УДК

631.4: 630*114.14

DOI:

10.37482/0536-1036-2020-4-95-112

Аннотация

В рамках программы по тематике государственного задания на 2018–2020 гг. изучены основные физические свойства черноземов в агролесоландшафтах Центрального Черноземья. Исследования, проведенные в условиях агроценозов и ненарушенных экосистем, разделялись по влиянию агрогенного и агролесомелиоративного характера. Агрогенное влияние рассматривалось на примере залежных угодий, введенных в эксплуатацию под пашню, лесомелиоративное – на примере воздействия лесозащитной полосы на почвенный покров. Установлено, что под влиянием лесных полос и при введении в сельскохозяйственное использование залежных угодий происходит перегруппировка численности почвенных агрегатов, но по различным сценариям. При агрогенном воздействии содержание глыбистой фракции (>10 мм) в пахотном горизонте от 6 до 14 раз увеличивается по сравнению с залежью. Доля пылеватой фракции (<0,25 мм) на пашне, напротив, уменьшается в 2–4 раза, коэффициент структурности – от 8 до 13 раз. Для почв пашни отмечено минимальное значение содержания агрономически ценных агрегатов (∑0,25...10 мм) по сравнению с залежью и лесополосой для всех отобранных слоев. Для пашни средние значения лежат в пределах 58...73 %, тогда как для лесной полосы и залежи доля агрегатов размером 0,25...10 мм составляет 85...95 %. На уменьшение агрономически ценной структуры на пашне повлияло снижение содержания фракций размером 0,25...0,5; 0,5...1; 1...2; 2...3 и 3...5 мм по сравнению с залежью. На структурный состав почвенного покрова агролесомелиоративное влияние осуществляется более щадяще. Доля глыбистой фракции увеличивается незначительно. Сумма агрономически ценных агрегатов в почве лесной полосы на глубине 10...20 и 20...40 см соответствует уровню чернозема залежи. При этом доля пылеватой фракции в почвах естественных ценозов выше. И как следствие этого, на этих же глубинах значения коэффициента структурности чернозема лесополосы незачительно превышают подобные значения в почве залежи. Установлены статистические особенности распределения основных почвенных агрегатов в почвах, подверженных интенсивному агрогенному и лесомелиоративному воздействию, по сравнению с залежными почвами. Рассчитаны некоторые статистические характеристики распределения основных структурных отдельностей черноземных почв. Определены показатели плотности сложения с различных глубин на участках объекта, которые увеличиваются в ряду залежь–лесополоса–пашня.

Сведения об авторах

В.И. Турусов, д-р с.-х. наук, акад. РАН; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5853-9549
Ю.И. Чевердин, д-р биол. наук, гл. науч. сотр.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9905-0547
В.А. Беспалов, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6787-929X
Т.В. Титова, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6435-5455
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева, д. 81, квартал V, пос. 2-го участка Института им. В.В. Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., Россия, 397463; e-mail: niish1c@mail.ru

Ключевые слова

лесные полосы, залежи, чернозем, структурный состав почв, плотность сложения

Для цитирования

Турусов В.И., Чевердин Ю.И., Беспалов В.А., Титова Т.В.
Изменения физических свойств черноземов сегрегационных в агролесоландшафтах Центрального Черноземья // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 4. С. 95–112. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-4-95-112

Литература

1. Адерихин П.Г., Богатырева З.С. Влияние лесных полос на структуру обыкновенных черноземов Каменной Степи // Почвоведение. 1972. № 2. С. 71–81. [Aderikhin P.G., Bogatyreva Z.S. Influence of Forest Belts on Structure of Ordinary Chernozems of the Kamennaya Steppe. Pochvovedenie [Soviet Soil Science], 1972, no. 2, pp. 71–81].
2. Базыкина Г.С., Гребенников А.М., Чевердин Ю.И. Сравнительная характеристика агрофизических свойств миграционно-мицеллярных черноземов многолетней залежи и разновозрастных пашен Каменной степи // Почвенные и земельные ресурсы: состояние, оценка, использование: материалы Первой Всерос. открытой конф.,
Москва, 8–10 октября 2014 г. М., 2014. С. 174–179. [Bazykina G.S, Grebennikov A.M., Cheverdin Yu.I. Comparative Analysis of Agrophysical Properties Migration-Micellar Chernozems of a Long-Term Fallow and Uneven-Age Arable Lands of the Kamennaya Steppe. Soil and Land Resources: Condition, Estimation and Use. Proceedings of the First
All-Russian Open Conference, Moscow, October 8–10, 2014. Moscow, 2014, pp. 174–179].
3. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с. [Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Methods of Studying the Physical Properties of Soils. Moscow, Agropromizdat Publ., 1986. 416 p.].
4. Гармашов В.М., Чевердин Ю.И., Беспалов В.А., Белобров В.П., Гребенников А.М., Исаев В.А. Влияние основной обработки почвы на агрофизические свойства миграционно-мицеллярных агрочерноземов // Вестн. рос. с.-х. науки. 2017. № 3. С. 26–29.
[Garmashov V.M, Cheverdin Yu.I., Bespalov V.A., Belobrov V.P., Grebennikov A.M., Isaev V.A. The Tillage Influence on the Migratory Micellar Agro Chernozemic Soil Agrophysical Properties. Vestnik Rossiyskoy sel’skokhozyaystvennoy nauki [Vestnik of the Russian Agricultural Science], 2017, no. 3, pp. 26–29].
5. Еремин Д.И., Груздева Н.А. Агрогенные изменения плотности серых лесных почв в Северном Зауралье // Сиб. вестн. с.-х. науки. 2017. № 5. С. 13–22. [Eremin D.I., Gruzdeva N.A. Agrogenic Changes in Density of Gray Forest Soils in Northern Trans-Ural Region. Sibirskij vestnik sel’skohozajstvennoj nauki [Siberian Herald of Agricultural Science], 2017, no. 5, pp. 13–22]. DOI: 10.26898/0370-8799-2017-5-2
6. Королев В.А., Громовик А.И., Йонко О.А. Изменение физических свойств почв Каменной Степи под влиянием полезащитных лесных полос // Почвоведение. 2012. № 3. С. 299–308. [Korolev V.А., Gromovik A.I., Ionko O.A. Changes in the Physical Properties of Soils in the Kamennaya Steppe under the Impact of Shelterbelts. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2012, no. 3, pp. 299–308]. DOI: 10.1134/S1064229312030064
7. Косолапов В.М., Трофимов И.А., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. Агроландшафты Центрального Черноземья. Районирование и управление. М.: Наука, 2015. 198 с. [Kosolapov V.M., Trofimov I.A., Trofimova L.S., Yakovleva E.P. Agrolandscapes of the Central Chernozem Region. Zoning and Management. Moscow, Nauka Publ., 2015. 198 p.].
8. Лебедева И.И., Королева И.Е., Гребенников А.М. Концепция эволюции черноземов в условиях агроэкосистем // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2013. № 71. С. 16–26. [Lebedeva I.I., Koroleva I.Е., Grebennikov A.M. The Concept of Evolution of Chernozems in Agroecosystems. Byulleten’ Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchayeva [Dokuchaev Soil Bulletin], 2013, no. 71, pp. 16–26].
9. Лебедева И.И., Чевердин Ю.И., Титова Т.В., Гребенников А.М., Маркина Л.Г. Структурное состояние миграционно-мицеллярных (типичных) агрочерноземов Каменной Степи в условиях разновозрастной пашни // Почвоведение. 2017. № 2. С. 227–238. [Lebedeva I.I., Cheverdin Yu.I., Titova T.V., Grebennikov A.M., Markina L.G. Structural State of Migrational-Mycelial (Typical) Agrochernozems of the Kamennaya Steppe on Plowed Fields of Different Ages. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2017, no. 2, pp. 227–238]. DOI: 10.7868/S0032180X17020095
10. Максимова Н.Б., Вороничев А.А., Морковкин Г.Г., Барышников Г.Я. Изменение структурного состояния черноземов Алтайского края при длительном использовании в составе пахотных угодий // Вестн. Алтайского гос. аграр. ун-та. 2017. № 5. С. 71–75. [Maksimova N.B., Voronichev A.A., Morkovkin G.G., Baryshnikov G.Ya. Changes of Structural Composition of Chernozems and Chestnut Soils in the Natural Zones of the South-Western Altai Region after Long-Term Use as Arable Lands. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Altai State Agricultural University], 2017, no. 5, pp. 71–75].
11. Мамонтов В.Г., Белопухов С.Л., Витязев В.Г., Сторчевой В.Ф. Влияние сельскохозяйственного использования на агрегатное состояние чернозема обыкновенного // Науч. жизнь. 2017. № 7. С. 27–38. [Mamontov V.G., Belopukhov S.L., Vityazev V.G., Storchevoy V.F. Influence of Agricultural Usage on the Aggregate State of Common Black Soil. Nauchnaya zhizn’ [Scientific Life], 2017, no. 7, pp. 27–38].
12. Мильков Ф.Н., Нестеров А.И., Петров П.Г., Скачков Б.И., Дроздов К.А., Семаго Л.Л. Каменная степь: Лесоаграрные ландшафты. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1992. 224 c. [Mil’kov F.N., Nesterov A.I., Petrov P.G., Skachkov B.I., Drozdov K.A., Semago L.L. Kamennaya Steppe: Forest Agricultural Landscapes. Voronezh, VGU Publ., 1992, 224 p.].
13. Панников В.Д. Влияние леса на структуру лесостепных почв и накопление гумуса // Почвоведение. 1977. № 11. С. 116–127. [Pannikov V.D. Influence of Forest o the Structure of Forest-Steppe Soils and Humus Accumulation. Pochvovedenie [Soviet Soil Science], 1977, no. 11, pp. 116–127].
14. Сауткина М.Ю., Кузнецова Н.Ф., Тунякин В.Д. Современное состояние полезащитных лесных полос с преобладанием дуба черешчатого (Quercus robur L.) в Каменной Степи // Лесохоз. информ.: электрон. сетевой журн. 2018. № 1. С. 78–89. [Sautkina M.Yu., Kuznetsova N.F., Tunjakin V.D. Current State of Forest Shelter Belts with Predominance of English Oak (Querqus robur L.) of the Stone Steppe. Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2018, no. 1, pp. 78–89]. DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2018.1.07
15. Тихонравова П.И. К вопросу о структурном составе и сложении почв Каменной Степи // Разнообразие почв Каменной Степи: науч. тр. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2009. С. 284–298. [Tikhonravova P.I. To the Issue of Structural Composition and Consistency of Soils of the Kamennaya Steppe. Diversity of Soils of the Kamennaya Steppe: Academic Papers. Moscow, Dokuchaev Soil Science Institute Publ., 2009, pp. 284–298].
16. Чевердин Ю.И., Титова Т.В., Беспалов В.А., Сапрыкин С.В., Гармашова Л.В., Чевердин А.Ю. Взаимосвязь микробиологических параметров и физических свойств черноземов сегрегационных // Живые и биокосные системы. 2017. № 21. С. 2. [Cheverdin Yu.I., Titova T.V., Bespalov V.A, Saprikin S.V., Garmashova L.V., Cheverdin A.Yu. The Relationship of Microbiological Parameters and Physical Properties of Сhernozems Segregation. Zhivye i biokosnye sistemy, 2017, no. 21, p. 2].
17. Чендев Ю.Г., Беспалова Е.С. Оценка роли лесополос в оптимизации почв и ландшафтов: лит. обзор сведений // Науч. вед. Белгор. гос. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2019. Т. 43, № 2. С. 124–133. [Chendev Y.G., Bespalova E.S. Assessment of the Role of Shelterbelts in Optimization of Soils and Landscapes: Literature Review of Information. Nauchnyye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennyye nauki [Scientific bulletins of the Belgorod State University. Series: Natural Sciences], 2019, vol. 43, no. 2, pp. 124–133]. DOI: 10.18413/2075-4671-2019-43-2-124-133
18. Brus D.J. Statistical Sampling Approaches for Soil Monitoring. European Journal of Soil Science, 2014, vol. 65, iss. 6, pp. 779–791. DOI: 10.1111/ejss.12176
19. Castro Filho C., Lourenço A., Guimarães M. de F., Fonseca I.C.B. Aggregate Stability under Different Soil Management Systems in a Red Latosol in the State of Parana, Brazil. Soil & Tillage Research, 2002, vol. 65, iss. 1, pp. 45–51. DOI: 10.1016/S0167-1987(01)00275-6
20. Chenu C., Le Bissonnais Y., Arrouays D. Organic Matter Influence on Clay Wettability and Soil Aggregate Stability. Soil Science Society of America Journal, 2000, vol. 64, iss. 4, pp. 1479–1486. DOI: 10.2136/sssaj2000.6441479x
21. Haynes R.J., Naidu R. Influence of Lime, Fertilizer and Manure Applications on Soil Organic Matter Content and Soil Physical Conditions: A Review. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 1998, vol. 51, pp. 123–137. DOI: 10.1023/A:1009738307837
22. Hůla J., Novák P. Translocation of Soil Particles during Primary Soil Tillage. Agronomy Research, 2016, vol. 14, no. 2, pp. 392–399.
23. Munkholm L.J., SchjØnning P., Debosz K., Jensen H.E., Christensen B.T. Aggregate Strength and Mechanical Behaviour of a Sandy Loam Soil under Long-Term Fertilization Treatments. European Journal of Soil Science, 2002, vol. 53, iss. 1, pp. 129–137. DOI: 10.1046/j.1365-2389.2002.00424.x
24. Shein E.V., Milanovskii E.Yu., Molov A.Z. The Effect of Organic Matter on the Difference between Particle-Size Distribution Data Obtained by the Sedimentometric and Laser Diffraction Methods. Eurasian Soil Science, 2006, vol. 39, pp. S84–S90. DOI: 10.1134/S106422930613014X
25. Subbian P., Lal R., Akala V. Long-Term Effects of Cropping Systems and Fertilizers on Soil Physical Properties. Journal of Sustainable Agriculture, 2000, vol. 16, iss. 2, pp. 89–100. DOI: 10.1300/J064v16n02_08

Ссылка на английскую версию:

Changes in the Physical Properties of Segregational Chernozems in Agroforest Landscapes of the Central Chernozem Region

CHANGES IN THE PHYSICAL PROPERTIES OF SEGREGATIONAL CHERNOZEMS IN AGROFOREST LANDSCAPES OF THE CENTRAL CHERNOZEM REGION

V.I. Turusov, Doctor of Agriculture, Academician of RAS;
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5853-9549
Yu.I. Cheverdin, Doctor of Biology, Chief Research Scientist;
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9905-0547
V.A. Bespalov, Candidate of Biology, Senior Research Scientist;
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6787-929X
T.V. Titova, Candidate of Biology, Senior Research Scientist;
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6435-5455
V.V. Dokuchaev Scientific Research Institute of Agriculture of the Central-Chernozem Zone, 81, kvartal V, pos. 2-go uchastka Instituta imeni Dokuchayeva, Talovskiy District, Voronezh Region, 397463, Russian Federation; e-mail: niish1c@mail.ru

The basic physical properties of chernozems in agroforest landscapes of the Central Chernozem region are studied within the framework of the program by the topic of the state assignment for 2018–2020. The studies carried out in the conditions of agrocenoses and undisturbed ecosystems were divided by the effect of agrogenic and agroforestal nature. Agrogenic effect was considered through a case study of the fallow lands put in operation in tillage. While agroforestal effect was considered through a case study of the influence of forest belts on soil cover. It is found that rearrangement of soil aggregates number takes place under the influence of forest belts and at introduction of fallow lands to agricultural use, but in different scenarios. The soil blocky fraction (less than 10 mm) in the arable horizon increases by 6–14 times under the agrogenic effect in comparison with the fallow. Contrary to this, the share of silt fraction (less than 0.25 mm) on the arable land decreases by 2–4 times and the structure coefficient decreases by 8–13 times. The minimum content of agronomically valuable aggregates (sum of 0.25–10 mm) is registered for the arable land soils compared to the fellow and forest belt for all selected layers. The average amount of aggregates lies in the range of 58–73 % for the arable lands, whereas the share of aggregates in the size of 0.25–10 mm is in the range of 85–95 % for the forest belt and fallow. A content reduction in the fractions of the following sizes 0.25–0.5; 0.5–1; 1–2; 2–3 and 3–5 mm influenced on a decrease in the agronomically valuable structure of the arable land in comparison with the fallow. The agroforestal effect on the structural composition of soil cover is more gently. The share of soil blocky fraction increases slightly. The sum of the agronomically valuable aggregates in the soil of the forest belt in depth of 10–20 and 20–40 cm corresponds the chernozem level of the fallow. Herewith, the share of the silt fraction in the soils of the natural  cenoses is higher. And as a consequence of this, the values of the structural soil coefficient of the forest belt chernozem insignificantly exceed similar values in the fallow soils at the same depths. Statistical features of distribution of the basic aggregates in the soils subjected to intensive agrogenic and agroforestal influence are established in comparison with the fallow lands. Some statistical characteristics of distribution of the basic structural separates of the chernozem soils are calculated. The indicators of bulk density at various depths of the study sites are defined. They increase in the row of fallow – forest belt – arable land.
For citation: Turusov V.I., Cheverdin Yu.I., Bespalov V.A., Titova T.V. Changes in the Physical Properties of Segregational Chernozems in Agroforest Landscapes of the Central Chernozem Region. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 4, pp. 95–112. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-4-95-112

Keywords: forest belts, fallows, chernozem, structural composition of soils, bulk density.

Поступила 08.08.19 / Received on August 8, 2019