Сельское хозяйство/3. Земледелие, грунтоведение и агрохимия

Д. с.-х. н. Титова В.И., канд. с.-х. н. Ветчинников А.А.,

аспирант Вершинина И.В.

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Россия

Динамика агрохимических показателей нарушенных почв

при восстановлении их плодородия в луговом ценозе

В работе дан сравнительный анализ восстановления физико-химических и агрохимических характеристик механически нарушенных почв лугового угодья при их естественном залужении и при осуществлении на данной территории работ по биологической рекультивации. Подчеркивается, что негативные последствия техногенного воздействия на почвы земель сельскохозяйственного назначения могут быть сведены к минимуму при культурном залужении нарушенной почвы. Отмечена возможность отрицательных изменений в структурно-функциональных особенностях биотопа лугового ценоза вследствие проведения строительно-ремонтных работ на магистральном нефтепроводе.

Ключевые слова: луговой ценоз, нарушенные почвы, плодородие, сукцессия, биологическая рекультивация почв, залужение почв.

В последние десятилетия сельскохозяйственное производство испытывает значительные проблемы в связи с бурным развитием отраслей народного хозяйства, связанных с добычей и транспортировкой нефти и газа, магистральные трубопроводы которых очень часто проходят по различным сельскохозяйственным угодьям. При этом сеть подобных сооружений постоянно расширяется за счет строительства новых магистралей, а существующие трубопроводы все чаще требуют ремонта. Все это приводит к различной степени проявления техногенного воздействия на земли сельскохозяйственного назначения, на которых при строительно-ремонтных работах постоянно фиксируются механические нарушения почвенного профиля, что сопровождается потерей почвенного плодородия (Добровольский Г.В., 2000). И если нарушения пахотных земель постоянно привлекают внимание сельхозтоваропроизводителей – собственников и арендаторов земель, а также органов, контролирующих качественное состояние пашни, то луговые угодья часто остаются за пределами внимания как производителей сельхозпродукции, так и ученых-исследователей в области агроэкологической науки, что и явилось причиной проведения трехлетних наблюдений за изменением агрохимических показателей почвы лугового ценоза при механическом нарушении вследствие ремонтно-строительных работ на магистральном нефтепроводе.

Территория, подвергнувшаяся техногенному воздействию тяжелой строительной техники, находится в границах землепользования СПК «Нижегородец» Дальне-Константиновского района Нижегородской области. Характер нарушения почв и направленность изменений корнеобитаемого и нижележащих слоев пахотных угодий этого хозяйства были установлены ранее (Дабахова Е.В и др., 2008; Титова В.И., Ветчинников А.А., 2009; Ветчинников А.А., 2010 и др.) и описаны как преимущественно негативные. Наблюдения за луговыми угодьями начаты в это же время, а характер изменений их плодородия во времени приведен ниже.

Мониторингу были подвергнуты два участка этого хозяйства, на которых в начале лета (июнь-июль) 2008 г. осуществлялись работы по ремонту нефтепровода. При выполнении работ строительной организацией были допущены нарушения в технологии проведения технического этапа рекультивации, следствием чего явилось перемешивание пахотного и подпахотных слоев в пределах до глубины 1,5-2,0 м (вар. 2).

После возвращения ранее (до начала строительных работ) вынутого из траншеи грунта, на отдельных участках были проведены работы по биологической рекультивации. Она заключалась во внесении минеральных удобрений (Р60К60) и известкового материала (доломитовая мука дозой 4 т/га), которые были заделаны в почву дисковой бороной на глубину 12-15 см и посеву (в 2008 г.) многолетних бобово-злаковых трав под покров яровой зерновой культуры (вар. 4). С 2009 г. и по настоящее время эти участки используются как сеяные сенокосы.

На другой части территории, подвергнувшейся механическим нарушениям при строительно-ремонтных работах на магистральном нефтепроводе, после проведения технического этапа рекультивационных работ, биологическая рекультивация по ряду причин проведена не была, вследствие чего почва стала зарастать сорной и преимущественно злаковой растительностью естественных ценозов. Таким образом, на этих участках начала свое развитие сукцессия, способствующая самовосстановлению почвенных характеристик (вар. 3).

Все изменения констатировались по сравнению с характеристикой почвы, ненарушенной на момент оказания техногенного воздействия (фон, 2008 г., вар. 1).

Физико-химические показатели почвы, и, особенно, характеристика почвенного-поглощающего комплекса, среди основных агрохимических показателей почвы являются наиболее информативными, т.к. характеризуют в большей мере генетические, изначально присущие почве свойства. Динамика их изменений при введении почв после их технического нарушения вновь в сельскохозяйственный оборот показана в таблице 1.

1. Влияние типа содержания лугового угодья на физико-химические

показатели почвы, через 2 года после механического нарушения,

весна 2011 г.

Вариант	рНkcl			S, м-экв./100 г		Hг, м-экв./100г
	M ± m		V,%	M ± m	V,%	M ± m	V,%
Светло-серая лесная легкосуглинистая
Фон, до нарушения	5,70			7,58		2,09
Нарушенная почва, 2008 г.	4,73±0,12	4		7,70±0,17	4	3,90±0,20	7
Самовосстановление ценоза	5,33±0,14	5		9,07±0,20	3	2,80±0,11	7
Биорекультивация с 2008 г.	6,03±0,12	3		10,23±0,17	3	2,15±0,07	6
Дерново-подзолистая легкосуглинистая
Фон, до нарушения	6,05			9,61		1,54
Нарушенная почва, 2008 г.	4,90±0,15	5		7,70±0,05	1	1,81±0,01	1
Самовосстановление ценоза	5,23±0,09	3		7,83±0,20	4	1,90±0,02	2
Биорекультивация с 2008 г.	6,02±0,15	4		9,46±0,20	3	1,69±0,01	5

Примечание: M ± m – среднее и ошибка среднего значения; V, % – коэффициент вариации.

Светло-серая лесная легкосуглинистая почва контрольного участка луга (фон, до нарушения) характеризуется показателями, вполне типичными для подобной почвенной разновидности освоенных почв: судя по показателю рН_kcl она имеет близкую к нейтральной реакцию среды, достаточную емкость поглощения и степень насыщенности основаниями (78%).

Эта же почва сразу после нарушения (по завершении строительно-ремонтных работ на нефтепроводе, 2008 г.) резко изменяет физико-химические показатели: по показателю рН_kcl трактуется как среднекислая, значительно увеличивается гидролитическая кислотность (что возможно за счет примешивания нижележащих почвенных горизонтов, включая почвообразующую породу полиминерального характера с высоким содержанием полуторных окислов – Почвы совхоза…, 1983) при резком снижении степени насыщенности основаниями (до 66%).

Физико-химические показатели механически нарушенной почвы, на которой в течение 3-х лет проходили процессы естественного восстановления плодородия, изменились в лучшую сторону: степень кислотности оценивается как слабокислая, а степень насыщенности основаниями достигла 76% при сохранении величины емкости поглощения.

Культурное залужение нарушенной почвы (вар. 4) способствовало, однако, значительно более заметным изменениям почвенной характеристики. Так, по показателю рН_kcl почва может быть охарактеризована как близкая к нейтральной, заметно уменьшилась гидролитическая кислотность с некоторым повышением степени насыщенности основаниями, что свидетельствует о существенном влиянии биологической рекультивации на характеристику кислотных свойств почвы, снижая как гидролитическую, так и обменную (судя по показателю рН_kcl) ее виды.

В целом значительных колебаний физико-химических показателей светло-серой лесной почвы во времени и в пространстве не отмечено, о чем свидетельствуют невысокие и малоизменяющиеся по вариантам коэффициенты вариации.

Физико-химические показатели дерново-подзолистой почвы техногенно ненарушенного участка лугового ценоза незначительно отклоняются от стандартных характеристик, свойственных для данного подтипа освоенных почв. Так, значение обменной кислотности свидетельствует о том, что почва имеет близкую к нейтральной реакцию среды, достаточную емкость поглощения и значительную степень насыщенности основаниями (86%).

Данные параметры непосредственно после осуществления строительно-ремонтных работ на магистральном нефтепроводе, проходящем по территории лугового угодья, претерпевают значительные изменения: судя по показателю рН_kcl почва приобретает среднекислую реакцию, гидролитическая кислотность увеличивается, при этом степень насыщенности основаниями снижается до 81%.

Естественный сукцессионный процесс, протекающий в течение двух последующих лет с момента механического нарушения почвы, оказал заметное положительное влияние на ее физико-химические показатели: по степени кислотности почва характеризуется как слабокислая, степень насыщенности основаниями находится на уровне 80% при незначительном снижении величины емкости поглощения.

Наиболее заметные тенденции изменения почвенных характеристик, в частности кислотных свойств, были отмечены при проведении биологической рекультивации техногенно нарушенной почвы. В соответствии с показателем уровня кислотности, почву можно охарактеризовать как близкую к нейтральной, при этом гидролитическая кислотность несколько снизилась, а степень насыщенности основаниями практически вернулась к исходному значению, достигнув 85%.

Таким образом, учитывая все изменения физико-химических показателей дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в пространственно-временном аспекте, можно констатировать, что значительных колебаний данных параметров отмечено не было, что подтверждают невысокие и незначительно изменяющиеся коэффициенты вариации по всем вариантам.

Заключение по изменению качественного состояния почвы можно составить по содержанию в корнеобитаемом слое почвы основных элементов питания и гумуса. Сведения по этим показателям приведены в таблице 2.

Содержание подвижных форм основных элементов питания лугового угодья до начала техногенного воздействия можно охарактеризовать как среднее (по калию) и повышенное (по фосфору) для сельскохозяйственных растений сплошного сева, по содержанию органического вещества почва характеризуется как среднегумусированная. Сразу после механического нарушения в почве существенно меняется питательный режим: содержание гумуса снижается очень резко (в 3 раза – на светло-серой лесной почве и в 2 раза – на дерново-подзолистой), содержание фосфора – весьма заметно, а калия – достаточно вариативно: малозначительно – на светло-серой лесной и весомо (практически в 2 раза) – на дерново-подзолистой почве.

2. Влияние типа содержания лугового угодья на питательные свойства почвы, через 2 года после механического нарушения, весна 2011 г.

Вариант	Гумус, %		Р2О5*, мг/кг		К2О*, мг/кг
	M ± m	V, %	M ± m	V, %	M ± m	V, %
Светло-серая лесная легкосуглинистая
Фон, до нарушения	2,11		107		91
Нарушенная почва, 2008 г.	0,73±0,07	17	70 ± 5	11	82 ± 8	17
Самовосстановление ценоза	1,04±0,06	13	102 ± 12	18	63 ± 4	10
Биорекультивация с 2008 г.	1,73±0,05	5	118 ± 9	12	96 ± 6	9
Дерново-подзолистая легкосуглинистая
Фон, до нарушения	1,61		105		94
Нарушенная почва, 2008 г.	0,93±0,08	16	78 ± 4	8	54 ± 5	15
Самовосстановление ценоза	1,45±0,05	6	89 ± 10	18	75 ± 4	8
Биорекультивация с 2008 г.	1,52±0,05	5	120 ± 4	5	82 ± 3	7

Примечание: * - подвижные соединения элементов питания;

M ± m – среднее и ошибка среднего значения; V, % – коэффициент вариации.

Двухлетняя сукцессия в естественном режиме способствовала восстановлению основных показателей плодородия, которое хотя и не достигло первоначальных значений характеристик лугового почвенно-биотического комплекса, но было заметным: прирост содержания гумуса по отношению к нарушенной почве достиг 42% (составив, однако, лишь 50% от содержания гумуса в фоновой почве), а по фосфору – 46%. Аналогичная тенденция по данным показателям почвенного плодородия характерна и для дерново-подзолистой почвы. Так, увеличение содержания гумуса по сравнению с механически нарушенной почвой составило 64%, что лишь на 10% ниже, чем в контрольном варианте, а содержание фосфора возрасло на 14%. Следует подчеркнуть, что отмеченное не относится к обеспеченности почвы лугового ценоза обменным калием, содержание которого снизилось как по отношению к фоновой почве, так и в сравнении со свеженарушенным ее аналогом (вар. 2), что может быть результатом именно содержания сельскохозяйственного угодья (территория используется для укоса трав на зеленую массу, вследствие чего идет постоянное преимущественное отчуждение из почвы именно калия).

Биологическая рекультивация территории, нарушенной при проведении ремонтных работ на магистральном нефтепроводе, спустя 3 года после внесения удобрений и подсева смеси злаковых трав, привела к улучшению всех изучаемых характеристик питательного режима почвы. При этом содержание подвижных соединений основных элементов питания достигло и даже превзошло значения фоновой почвы, а содержание гумуса приблизилось к исходному.

Отдельно следует подчеркнуть заметное снижение вариабельности всех анализируемых показателей на участках, где проходят процессы самовосстановления почвенных характеристик и где проведена культурная биологическая рекультивация. Следует учитывать при этом, что техногенная трансформация ценоза, вызванная строительно-ремонтными работами на магистральном нефтепроводе, может вызвать структурно-функциональные изменения биотопа, что, как следствие, приведет к преобразованию биоты, деятельность которой во многом определяет морфологию почвенного профиля, физико-химические свойства почвы и скорость круговорота веществ. Учитывая богатое видовое разнообразие почвенных организмов, их высокую чувствительностью и достаточно быструю реакцию на изменение средовых параметров, можно предположить, что зоо- и микробоценозы ПБК будут весьма перспективными информативными биологическими индикаторами, характеризующими изменения нарушенного лугового ценоза, в связи с чем в настоящее время творческим коллективом кафедры проводится ряд исследований по изучению состояния биоты механически нарушенных и деградированных почв натурбиогеоценозов.

Выводы

1. Строительно-ремонтные работы на магистральных трубопроводах сопровождаются механическими нарушениями по всему почвенному профилю, что негативно сказывается на агрохимических показателях почвенного плодородия луговых угодий, приводя к повышению кислотности и снижению степени насыщенности основаниями, а также снижению содержания основных элементов питания.

2. Трехлетнее содержание лугового угодья под культурами сплошного посева (яровые зерновые и многолетние бобово-злаковые травы) способствует улучшению показателей почвенного плодородия относительно нарушенной почвы.

3. Залужение нарушенных почв многолетними бобово-злаковыми травами по фону известкования и применения минеральных фосфорно-калийных удобрений существенно улучшает агрономическую характеристику почвы, но достичь показателей, свойственных этим почвам на момент начала техногенного воздействия, за 3-х летний период не удается.

Литература:

1. Добровольский Г.В. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы: Функционально-экологический подход / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. – М.: МАИК «Наука» Интерпериодика», 2000. – 185 с.
2. Дабахова Е.В. Оценка воздействия работ по прокладке магистрального нефтепровода на свойства почвы / Дабахова Е.В., Пятакова Л.П., Ветчинников А.А. // Материалы V съезда Всерос. общ-ва почвоведов им. В.В. Докучаева, 18-23 августа. – Ростов-на-Дону, 2008. – С. 465.
3. Титова В.И. Влияние строительно-ремонтных работ на нефтепроводе на эколого-агрохимическую характеристику почв / Титова В.И., Ветчинников А.А. // Агрохимический вестник. – 2009. – № 2. – С. 13-15.

4. Ветчинников А.А.   Эколого-агрохимическое обоснование технологии рекультивации сельскохозяйственных земель, нарушенных при производстве работ на линейных сооружениях : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. / Ветчинников А.А. – Саранск, 2010. – 20 с.

5. Почвы совхоза «Нижегородец» Д-Константиновского района Горьковской области и рекомендации по их использованию и улучшению. – Горький: Волговятгипрозем, 1983. – 84 с.