В последние годы на юге Дальнего Востока активно развивается земледелие, что связано с высокой востребованностью продукции сельского хозяйства как на внутреннем рынке, так и в странах Азиатско-Тихоокеанского региона. В связи с этим увеличивается площадь пашни, находящаяся в интенсивном использовании. Однако большинство почв юга Дальнего Востока не обладают высоким естественным плодородием. Они уязвимы в отношении процессов эрозии и деградации, вызываемых как естественными причинами, так и высокой антропогенной нагрузкой. Большая часть почв юга Дальнего Востока обладает общим недостатком, существенным с агрономической точки зрения. Наиболее ценные пахотнопригодные почвы равнинной части в естественном состоянии обладают маломощным гумусовым горизонтом, высокой обменной и гидролитической кислотностью и низким содержанием подвижных элементов питания, особенно это касается фосфора [1, 2]. В условиях высокой интенсивности использования пашни существует проблема своевременного слежения за изменением показателей плодородия почв. Наблюдается общее снижение содержания органического вещества и основных элементов питания в пахотных почвах, что является следствием несоблюдения севооборотов и недостаточного удобрения почвы в большинстве сельскохозяйственных предприятий [3, 4]. В этой ситуации мониторинг почвенного плодородия необходимо проводить регулярно на всех интенсивно используемых пахотных землях. Это позволит своевременно реагировать на изменение показателей плодородия почвы, рационально планировать мероприятия по недопущению деградации почв. Поэтому оперативный мониторинг основных показателей почвенного плодородия становится одним из актуальных вопросов исследования. Для решения этой проблемы важным является налаживание системы контроля почвенного плодородия на уровне сельскохозяйственных предприятий юга Дальнего Востока.
Целью исследования является изучение изменений основных параметров почвенного плодородия в различных сельскохозяйственных предприятиях юга Дальнего Востока за период интенсивного выращивания сельскохозяйственных культур (сои и кукурузы) на основе мониторинга реперных площадок.
Научная новизна исследования заключается в выявлении изменений плодородия интенсивно используемых почв в различных почвенно-ландшафтных условиях, а практическая новизна состоит в организации регулярных наблюдений за изменениями показателей почвенного плодородия.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являются почвы пахотных угодий на территории сельскохозяйственных предприятий, специализирующихся на выращивании сои и кукурузы на зерно, в Октябрьском, Михайловском, Пограничном, Черниговском муниципальных районах, Уссурийском и Артемовском городских округах Приморского края (рис. 1). Земли в указанных районах являются наиболее интенсивно используемыми, поскольку, во-первых, находятся в наиболее удобных условиях в отношении рельефа и почв, и, во-вторых, расположены в непосредственной близости от пунктов переработки и сбыта продукции сельского хозяйства. Исследования изменений почвенного плодородия проводились в 2012, 2014 и 2017 гг.
Рис. 1. Местоположение муниципальных районов Приморского края, в которых расположены реперные площадки: 1 – Октябрьский, 2 – Пограничный, 3 – Черниговский, 4 – Уссурийский ГО, 5 – Артемовский ГО и Шкотовский, 6 – Михайловский
Исследования опираются на метод организации мониторинга, основанный на периодических наблюдениях на реперных площадках [5]. На землях сельскохозяйственных предприятий были выделены площадки с учетом почвенно-экологического районирования и варьирования свойств почв. Границы площадок закреплены на территории реперными знаками с точными координатами. Исследовался пахотный горизонт почв. Почвенные пробы отбирались весной с помощью тростевого бура по 36 уколов для каждой реперной площадки. Из отобранных проб готовились смешанные образцы почв.
Рис. 2. Содержание гумуса ( %) на реперных площадках в 2012, 2014 и 2017 гг.
Почвы обследовались на содержание гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, величины обменной кислотности по солевой вытяжке в пахотном слое по общепринятым методикам [6–8].
Результаты исследования и их обсуждение
Приморский край находится в особых климатических условиях, носящих умеренно-муссонные черты с признаками континентальности в центральной его части. Особенности климата, такие как холодная и сырая весна и ливневые дожди в летний период, чередующийся с сухой осенью и малоснежной зимой, формируют специфические условия почвообразования. Интенсивное антропогенное воздействие на почвы равнин Приморья вызывает необходимость принятия мер к систематическому контролю их агрохимического состояния [5].
Контроль за состоянием почв опирается на законодательно установленные критерии снижения почвенного плодородия [9]. Для оценки почвенного плодородия согласно этому документу необходимо систематически отслеживать следующие основные показатели: содержание органического вещества (гумуса), показатель кислотности, содержание подвижного фосфора, содержание обменного калия.
При рассмотрении изменения содержания гумуса за период с 2012 г. на 4 площадках отмечено его критическое снижение. В отношении почвенной приуроченности такое изменение имело место на агроземах текстурно дифференцированных и агротемногумусовых подбелов, располагающихся на более выраженном рельефе, чем прочие наблюдаемые почвы. Согласно существующим критериям [9] почва имеет признаки деградации, когда содержание гумуса в пахотном горизонте снижается на 15 % от исходного. В данном исследовании за точку отсчета приняты данные 2012 г. Выявлено, что на реперной площадке № 4 содержание гумуса в почве понизилось более чем на 15 %. На площадках № 2, 3 и 6 отмечено резкое его снижение на 9–13 %, когда гумусовое состояние свидетельствует о начале деградации почвы (таблица).
По результатам наблюдений на 11 реперных площадках за годы наблюдения 2012, 2014 и 2017 произошло снижение содержания гумуса в почвах пахотных угодий (рис. 2). Это является результатом нескольких причин, наиболее распространенных при производстве основных сельскохозяйственных культур на юге Дальнего Востока. К ним относятся: недостаточное внесение удобрений, выращивание сельскохозяйственных культур (преимущественно сои и кукурузы) как монокультуры, несоблюдение противоэрозионных агротехнических мероприятий.
При анализе причин такого значительного снижения содержания гумуса становится понятным, что оно произошло вследствие негативных явлений природного характера, усиленных антропогенным воздействием. Это ливневые дожди высокой интенсивности, выпавшие в конце июня – начале июля 2014 г. К причинам антропогенного характера относятся посевы сои и кукурузы с междурядьями вдоль склона, которые провоцируют смыв поверхностного слоя почвы (рис. 3).
Рис. 3. Смыв почвы в районе реперной площадки № 6 (посевы кукурузы), июнь 2014 г.
Средние показатели почвенного плодородия на реперных площадках за период наблюдения
|
№ реперного участка |
Почвы |
Глубина гумусового горизонта, см |
Показатели плодородия, среднее за 2012, 2014 и 2017 гг. |
|||||||
|
Гумус, % |
Изменение к 2012 г., ± |
Р2О5, мг/кг |
Изменение к 2012 г., ± |
К2О, мг/кг |
Изменение к 2012 г., ± |
рН сол |
Изменение к 2012 г., ± |
|||
|
1 |
Агроземы текстурнодифференцированные |
0–12 |
4,51 |
–0,81 |
4,73 |
–0,13 |
105,33 |
–0,51 |
3,97 |
1,71 |
|
3 |
0–24 |
2,54 |
–13,7 |
5,56 |
–0,08 |
108,02 |
–2,81 |
3,83 |
–1,71 |
|
|
6 |
0–22 |
2,86 |
–9,78 |
5,73 |
–0,13 |
101,30 |
–1,79 |
4,93 |
–1,33 |
|
|
7 |
0–18 |
3,75 |
0,09 |
6,21 |
–0,67 |
92,93 |
–1,50 |
4,83 |
–1,36 |
|
|
10 |
0–23 |
2,66 |
2,18 |
24,79 |
–0,50 |
138,50 |
3,87 |
4,33 |
–3,70 |
|
|
13 |
0–20 |
2,90 |
–3,77 |
50,59 |
0,94 |
84,35 |
–9,30 |
5,30 |
1,92 |
|
|
2 |
Агротемногумусовые подбелы глеевые |
0–23 |
2,65 |
–13,4 |
3,64 |
–0,06 |
124,59 |
–3,89 |
4,27 |
4,07 |
|
4 |
0–27 |
1,69 |
–15,3 |
4,95 |
–0,15 |
65,95 |
–3,54 |
3,53 |
–1,85 |
|
|
8 |
0–23 |
3,66 |
–1,08 |
6,54 |
–0,22 |
88,22 |
–0,04 |
5,07 |
–4,40 |
|
|
9 |
0–25 |
2,12 |
–5,36 |
9,44 |
–0,60 |
107,72 |
–3,06 |
4,43 |
–7,64 |
|
|
11 |
0–35 |
4,74 |
2,08 |
15,12 |
0,14 |
137,02 |
–2,17 |
4,03 |
0,83 |
|
|
14 |
0–32 |
3,28 |
0,00 |
68,10 |
–3,24 |
91,73 |
–1,49 |
5,57 |
–2,34 |
|
|
12 |
Агроабраземые текстурнометаморфические |
0–22 |
3,06 |
–3,88 |
56,63 |
–1,89 |
73,60 |
–5,98 |
5,07 |
1,33 |
|
5 |
0–22 |
3,74 |
–6,82 |
4,13 |
–0,25 |
80,62 |
2,54 |
4,60 |
0,00 |
|
|
15 |
Агроземы альфегумусовые |
0–30 |
3,68 |
3,46 |
127,57 |
–0,36 |
124,26 |
–2,27 |
5,60 |
1,82 |
Содержание фосфора в почве является одним из самых сложных и динамичных показателей, который зависит от ряда факторов природной среды. Почвы юга Дальнего Востока в своем естественном состоянии имеют низкое содержание подвижного фосфора при его повышенной валовой форме, что было доказано многими исследованиями [1, 10, 11]. В 1960-е гг. более 80 % обследованной территории Приморского края относили к слабо обеспеченной подвижным фосфором. Однако в последующие годы, когда проходил так называемый период химизации сельскохозяйственных почв, эту ситуацию искусственно изменили. В почву были внесены в значительном объеме минеральные удобрения с большим содержанием фосфора, что способствовало улучшению фосфатного режима задействованных в этом процессе почв. В то же время внесение фосфорсодержащих удобрений не везде проводилось с одинаковой интенсивностью. В дальнейшем это стало причиной неравномерности и резких различий в обеспеченности почв Приморского края подвижными формами фосфора. Поэтому одни пахотные угодья имеют признаки избытка подвижных форм фосфора, другие им не обеспечены [11].
Наблюдения на реперных площадках показали значительные различия по содержанию подвижного фосфора в пахотном слое (рис. 4). Это может быть следствием значительных антропогенных нагрузок 1960–1990-х гг. [10], при которых внесение фосфорсодержащих минеральных удобрений не всегда контролировалось должным образом. Поэтому в части пахотных почв юга Дальнего Востока до сих пор наблюдается повышенное содержание фосфора, даже при умеренном его внесении действующими на этих землях производителями сельскохозяйственной продукции.
Калий – один из элементов минерального питания растений, который является основным по уровню потребления сельскохозяйственными культурами. Он влияет на увеличение устойчивости растений к стрессовым факторам окружающей среды, таким как засуха, переувлажнение, понижение температуры в период вегетации [12]. Использование почв продолжительный период экстенсивным способом повлияло на изменение содержания калия. Современные обрабатываемые земли отличаются по содержанию обменного калия вне зависимости от типа почв, нередко наблюдается значительное варьирование этого элемента в пределах одного почвенного типа [13]. Поэтому оперативный мониторинг содержания обменного калия важен для контроля плодородия обрабатываемых земель. Определение содержания обменной формы калия в почве служит основой для расчета доз минеральных удобрений, оптимальные величины которых определены на основе экспериментов [14]. Cодержание калия в почве более 100 мг/кг является высоким, 50–100 мг/кг – средним, менее 50 мг/кг – низким [1, 10]. Согласно этой градации содержание обменного калия в почвах наблюдаемых реперных площадок среднее и высокое (рис. 5).
Рис. 4. Содержание подвижного фосфора (мг/кг) на реперных площадках в 2012, 2014 и 2017 гг.
Рис. 5. Содержание обменного калия (мг/кг) на реперных площадках в 2012, 2014 и 2017 гг.
Рис. 6. Кислотность почв (pHсол) на реперных площадках в 2012, 2014 и 2017 гг.
Кислотность почв служит показателем доступности элементов питания для растений. Изменение этого показателя за период наблюдения произошло как в сторону снижения на 1–4 %, так и повышения на 1–7 % (рис. 6).
Выводы
1. Основные параметры почвенного плодородия при интенсивном использовании почв ухудшаются в среднем на 4 % по гумусу, на 2 % по калию, около 1 % по кислотности. Содержание фосфора снижается в меньшей степени.
2. Мониторинг почв на основе реперных площадок позволяет оперативно регулировать поступление основных элементов питания в почву и может стать основой для получения исходных и контрольных данных о плодородии почв отдельных земельных участков.