Эколого-агрохимический мониторинг изменения плодородия почв Терского госсортоучастка Кабардино-Балкарской республики при антропогенной нагрузке

Антропогенное воздействие, как правило, способствует активному развитию негативных явлений, таких как смыв, дефляция, переувлажнение, заболачивание, засоление, дегумификация почв, техногенное загрязнение, которые во многих случаях приводят к необратимым негативным изменениям качественного состава земель, снижению их почвенного плодородия, сокращению площадей лучших сельскохозяйственных земель.

Решение проблемы управления плодородием почвы в значительной мере связано с поддержанием оптимального гумусового режима, в связи, с чем необходима объективная оценка изменения гумусового состояния за длительный период использования.

Анализ современного состояния почвенного покрова и природной среды КБР, динамики изменения агрохимических свойств почв, также показывает устойчивую тенденцию ухудшения почвенного покрова, нарастания деградационных процессов, обуславливает снижение производственных показателей.

Мониторинг сельскохозяйственных угодий России — составная часть мониторинга окружающей среды и должен охватывать территорию РФ на площади более 200 млн. га (Темников, 2008). За годы реформ из оборотов выбыло более 24 млн. га сельскохозяйственных угодий, а для увеличения объемов производства зерна и кормовых культур необходимо ежегодно вовлекать в оборот более 0,5 млн. га неиспользуемой пашни. Однако достоверных данных о расположении выбывших из сельскохозяйственного оборота земель и состояния почвенного плодородия в настоящее время недостаточно.

Сдерживающим фактором решения задач по мониторингу сельскохозяйственных угодий и их плодородию служит разнородность информации, имеющихся в ведомствах и организациях. Кроме того, наличие разных форм и форматов представления данных с различной масштабностью и системой классификаторов не может обеспечить единую межведомственную.

Государственную информационную базу данных по мониторингу земель сельскохозяйственного назначения, в том числе пахотных угодий.

Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений. Известно, что в природных условиях формирование нормально развитого почвенного профиля требует сотен лет, для рекультивации необходимо от нескольких лет до двух-трех десятилетий, вслед за которой необходимо длительное время проводить непрерывное окультуривание и улучшение почв.

Цель работы — провести эколого-агрохимический мониторинг плодородия почв Терского госсортоучастка КБР.

Задачи исследований:

• Провести полевые почвенные исследования для корректировки границ почвенных контуров.

• Изучить морфологические характеристики почв Терского ГСУ.

• Дать физическую и физико-химическую характеристику почв Терского ГСУ.

• Провести ретроспективную оценку изменения состояния полидисперсной системы почв Терского ГСУ.

• Определить антропогенное воздействие на гумусный состав и содержание подвижных форм калия и фосфора.

• Разработать информационно-аналитическую систему (база данных) для почвенно-экологического мониторинга.

Положения, выносимые на защиту:

1. Антропогенное и природное воздействие на почвенный покров Терского Госсортоучастка оказывает негативное влияние на содержание питательных веществ в почве.

2. Для объективной оценки ухудшения процессов деградации почвенного плодородия необходимо использовать методы эколого-агрохимического мониторинга почв.

3. Установление уровня обеспеченности гумуса азота, фосфора и калия помогут решить приемы повышения плодородия почв.

Научная новизна исследований. Впервые почвенные исследования проведены с использованием ГИС-технологий. По результатам корректировки почвенного покрова полигона исследования впервые создана векторизованная почвенная карта. Наряду с мониторингом современного состояния почвенного покрова проведен ретроспективный мониторинг состояния полидисперсной системы почв Терского ГСУ и дана оценка современных тенденций развития почв. Выявлены изменения свойств почв Терского ГСУ за 29-летний период сельскохозяйственного использования.

Практическая значимость исследований. Созданные карты контуров земельных участков позволят включиться в систему космического мониторинга, вести точный учет работы агрохимической службы, проводить анализ агрохимического состояния почвенного состава, создать условия для внедрения системы точного земледелия в хозяйстве. Созданная база данных по степени обеспеченности почв Терского ГСУ фосфором, калием, содержанию гумуса и различных тяжелых металлов может быть использована для проведения экологических оценок и прогноза загрязнения почв тяжелыми металлами.

1 Обзор литературы.

1.1 История изучения почвенного покрова степной зоны КБР.

Начало систематического изучения почв Кавказа связано с именем основоположника генетического почвоведения профессора В. В. Докучаева. Подчеркивая его заслуги проф. С. А. Захаров (1946) замечает «.он, можно сказать, „открыл Кавказ“ для русских почвоведов с его величественной, многогранной и поучительной для каждого натуралиста природой». На Кавказе.

B.В. Докучаевым установлен закон вертикальных почвенных зон, который лег в основу всех представлений о географии почв горных областей и республик.

Большую роль в развитии географии почв сыграла монография.

C.А. Захарова (1914), посвященная почвам горно-луговой зоны Кавказа. В связи с этим проф. В. М. Фридланд (1966) отмечает: «Книгу С. А. Захарова можно рассматривать как вторую после „Русского чернозема“ монографию в русской и мировой литературе, посвященную одному генетическому типу почв». В этой работе С. А. Захаров пришел к выводу о том, что «.в виду оригинальности морфологических признаков, особенностей почвообразования и своеобразности почвообразователей, горно-луговые почвы, как наиболее характерные из высокогорных образований, заслуживают выделения в отдельный почвенный тип». Исследования К. Д. Глинки (1910), С. С. Неструева (1911), С. А. Захарова (1913, 1931, 1934, 1937), В. В. Акимцева (1927), A.M. Панкова (1930), О. Н. Михайловской (1936), И. П. Герасимова (1933, 1948), Ю. А. Ливеровского (1949), В. М. Фридланда (1949) и др. уточнили закон вертикальной зональности почв. Так, схема вертикальной почвенной зональности, установленная В. В. Докучаевым, была дополнена С. А. Захаровым следующими категориями и понятиями:

1. понятие о множественности рядов вертикальных почвенных зон;

2. инверсия, интерференция и миграция почвенных зон. Названные категории дали толчок дальнейшему развитию представлений о вертикальной зональности почв. По И. П. Герасимову (1948) «.общая закономерность вертикальной почвенной зональности в различных горных странах, или даже в различных частях одной страны, проявляются в виде разнотипичной структуры вертикальных почвенных зон».

В 1922 году по инициативе Центрального исполнительного комитета Кабардино-Балкарской автономной области было организовано экономическое, совместно с почвенно-ботаническим, изучение области. В задачу почвенно-ботанического обследования входило разделение области на естественноисторические районы.

Изучением почв занялся профессор A.M. Панков с сотрудниками. В результате проведенных работ A.M. Панковым были составлены почвенная карта малой Кабарды в масштабе 1:84 000 (в одном дюйме 2 версты), схематизированная почвенная карта Кабардино-Балкарской автономной области и дана общая схема почвенного районирования Большой и Малой Кабарды. На территории Большой и Малой Кабарды (плоскостная часть) впервые были выделены и описаны черноземы, лугово-черноземные, луговые, лугово-болотные почвы.

По содержанию гумуса почвы черноземного типа подразделялись на обыкновенные и южные черноземы. Первых из них в свою очередь делятся по цвету, строению профиля, характеру структуры и мощности, на черноземы почвенных мест (хребтов) и «черноземы пологих склонов и равнин». Южные черноземы также делятся по цвету верхнего горизонта на: «темно-серые и бурые». Результаты работ профессора A.M. Панкова были изданы в виде двух монографий: «Почвы Большой Кабарды» (1926) и «Почвы Малой Кабарды» (1926). А в 1928 и 1929 гг. A.M. Панковым были продолжены исследования почв Большой и Малой Кабарды. Следует отметить, что эти исследования проводились здесь при участии Г. Г. Каншуевой, Е. Ф. Павлова, А. И. Раздорского и К. И. Трофименко. К сожалению, A.M. Панковым не была полностью завершена аналитическая обработка материала. Несмотря на схематический характер исследований, а также на то, что опубликованные работы базировались на результатах полевого изучения, исследования.

INI II I I I I I I ill I II II I tl Iii I III II I (¦ II I ¦ НМЛ профессора A.M. Панкова сыграли важную роль в познании почв всей центральной части Северного Кавказа.

В 1924 году по инициативе юго-восточной опытно-мелиоративной организации в целях обводнительной мелиорации было организовано исследование почв Моздокской степи и Малой Кабарды. В работе принимали участие: С. С. Неуструев, E.H. Иванова, И. М. Крашенинников и О. Э. Кнорринг. Они отметили, что развитые здесь чернозему принадлежат к предкавказской провинции и большую часть территории занимает чернозем, по терминологии Захарова и Имщенецкого — каштановый (гумус 4−5%), который отличается: 1) вскипанием с поверхности- 2) хорошо выраженной зернистостьюи 3) большой изрытостью червями и другими землероями. Исследование почв Малой Кабарды, как указывают авторы работы «Почвы Мало-Кабардинского округа Кабардино-Балкарской автономной области» (1972), имели рекогносцировочный характер. Ими на территории Малой Кабарды (степная зона республики) были выделены следующие почвы:

1. Серые лесные почвы и деградированные черноземы;

2. Черноземы горные, средние;

3. Черноземы горные южные (бедные);

4. Черноземы южные, переходные к каштановым почвам, на верхней террасе;

5. Комплексы полусмытых и слабосолонцеватых черноземов на склонах долин и почвы долинных днищ;

6. Каштановые суглинистые почвы верхней террасы;

7. Каштановые почвы средней террасы, частью грубого механического состава и солонцеватые;

8. Комплекс луговых почв черноземовидного характера со сплошным твердым карбонатным горизонтом, частью солонцеватые, иногда с галькой на нижней (надпойменной) террасе;

9. Черноземы южные (бедные) на повышенной части нижней надпойменной террасы со следами бывшего избыточного увлажнения;

10. Солончаковые влажно луговые почвы нижней террасы (надпойменной);

11. Темноцветные (черноземовидные) луговые почвы средней террасы, частью солонцеватые, с белесым, иногда твердым карбонатным горизонтом;

12. Заболоченные, солончаковатые и солонцеватые почвы пониженных мест нижней террасы;

13. Почвы заливаемой части нижней террасы — слабо выраженные луговые заболоченные почвы и неизмененные аллювиальные осадки. Такое подразделение авторами сделано большей частью на основе полевых исследований и некоторых аналитических данных (гумус, С02, водная вытяжка, механический анализ по Сабанину).

Некоторые данные, относящиеся к этому периоду, о почвах Центральной части Северного Кавказа можно найти в работе Д. Г. Виленского (1927) «Почвенные районы Терского округа» (1927). Им в этой части выделены и описаны темно-каштановые карбонатные почвы, однако указанные авторы правильно отмечали, что эти почвы в малой степени напоминают каштановые почвы востока.

Характеризуя почвы бывшего Северо-Кавказского края, С. И. Тюремнов (1926) отметил, что в центральном Предкавказье (в том числе и Большой Кабарде) «можно выделить черноземы карбонатные, слабовыщелоченные и выщелоченные». По С. И. Тюремнову, «на Северо-Востоке Центральное Предкавказье граничит с Восточным через промежуточный район каштановых предкавказских черноземов». Район последних, по автору простирается полосой с Северо-Кавказского края (Ростов н/д, 1926). Это положение надолго утвердилось в почвенной литературе и нашло дальнейшее развитие в работах профессора Ф. Я. Гаврилюка. В последующие годы многие исследователи почв КБАССР (Зонн и Герасимов, 1933, Маслюгин и Дубошина, 1952) и др. использовали эту систематику в дополнительном и несколько измененном виде. i I, II E I I I I I 1 I I I I IE illllltl i 11 II III 111Я IE! Ill I I I i I I II * I I III BHI.

В начале 1931 г. в Ленинградском отделений ВИУА была организована под руководством профессора Р. И. Аболина и С. В. Зонна. Северо-Кавказская экспедиция в составе Т. И. Казьминой, Ю. П. Лебедева, Е. В. Шифферс, Г. М. Пономарева и др. для обследования всего Восточного Предкавказья с целью выяснения природных предпосылок развития сельского хозяйства. В итоге исследований была опубликована работа «Почвенно-мелиоративный очерк бассейна р. Терек». В район исследования сотрудников экспедиций входила и часть Кабардино-Балкарии, находящаяся по правому берегу реки Терек (Малая Кабарда). Ими изучены здесь агромелиоративные свойства карбонатных и каштановых черноземов, лугово-черноземных, темно-каштановых и луговых почв.

В 1932;1934 гг. картирование почв плоскостной части в масштабе 1:50 000 было проведено отрядом почвоведов Северо-Кавказского отделения Госземтреста под руководством начальника отряда Б. Закржевского.

В третьем томе «Почвы СССР» (1939) в статье профессора С. А. Захарова «Почвы Предкавказья» указывается, что на Кабардинской равнине наибольшее распространение имеют обыкновенные мощные черноземы, аллювиальные и заболоченные почвы, а по долине Терека и Малки — комплексы луговых карбонатных и лугово-болотных почв. В предгорной полосе, по автору, наиболее распространенными являются «выщелоченные, деградированные и смытые черноземы», несколько южнее и вышелесостепные почвы разной степени оподзоливания.

Как и Б. В. Закржевский (1934), С. В. Зонн и И. П. Герасимов (1946) отметили, что основной почвенный фон плоскостной части республики образуют черноземы: 1) выщелоченные среднемощные, 2) слабокарбонатные мощные (многогумусные) и среднемощные, 3) карбонатные мощные среднегумусные, мощные малогумусные и маломощные среднегумусные, 4) карбонатно-слабосолонцеватые, среднемощные и лишь в наиболее пониженной части, где плоские водоразделы между реками сужаются, они сменяются почвами грунтового увлажнения — луговыми, лугово-болотными и аллювиально-луговыми.

В этой работе почвы Северо-Востока Центральной части Северного Кавказа, которые были охарактеризованы Д. Г. Виленским (1927) и С. С. Неуструевым (1927) как темно-каштановые, C.B. Зонн и И. П. Герасимов отнесли к черноземным, назвав их «черноземами карбонатными малогумусными, переходными к темно-каштановым почвам». Основанием для отнесения этих почв к черноземам послужило наличие в них зернистости, постепенность перехода одних горизонтов в другие и большая мощность гумусированного слоя.

В 1952 году вышла книга К. И. Маслюгина и С. Н. Дубошиной «Почвы Кабардино-Балкарской АССР». Работа состоит из 4-х частей: а) почвы горной части КБАССРб) черноземы предгорийв) почвы равниныг) почвы прирусловых террас и понижений.

Авторы в научно-популярной форме описали важнейшие типы почв республики.

В предгорной и равнинной частях республики выделены и очень кратко и схематично охарактеризованы (эта часть книги написана С.Н. Дубошиной) черноземы выщелоченные, слабовыщелоченные, карбонатные, вторично-карбонатные, переходящие к темно-каштановым почвам и солонцеватые черноземы.

Очень схематично охарактеризованы также лугово-черноземные, луговые, лугово-болотные и аллювиально-луговые слаборазвитые почвы, имеющие распространение по террасам и долинам рек. Характеристика этих почв в основном, изложена по материалам Б. В. Закржевского, C.B. Зонна и И. П. Герасимова.

С 1937 года изучение почв горной части республики проводилось под руководством профессора С. А. Захарова. Материалы исследования были опубликованы гораздо позже (1956). Наибольшее внимание среди них заслуживают работы С. А. Захарова «Естественноисторический очерк природных условий и почв района горного орошения КБАССР», «Опыт классификаций почв Кавказа на историко-географо-генетическом принципе».

В конце 50-х и начале 60-х годов в Ученых записках Кабардино-Балкарского и Ростовского на Дону Госуниверситетов, Северо-Осетинского (Горского) сельхозинститута, также в центральных журналах появляется множество статей, характеризующих почвы различных частей КБАССР, физико-химическую природу и агропроизводственные свойства этих почв.

Так, характеристике почв района расположения Кабардино-Балкарской сельскохозяйственной опытной станций (Терский район) посвящены исследования П. Б. Простакова и К. И. Трофименко (1957).

Большую роль в изучений почв данного региона сыграли почвенные экспедиции, организованные совместно с Ростовским-на-Дону Госуниверситетом и КБГУ. Экспедициями руководили профессор Ф. Я. Гаврилюк и профессор К. Н. Керефов, в экспедициях принимали участие К. И. Маслюгин и Б. Х. Фиапшев.

Материалы исследования публиковались в ученых записках указанных университетов. Так, доцент К. И. Маслюгин выступил в Ученых записках КБГУ (вып. 15, серия с/х, 1962) с предварительным сообщением об исследований почв Зольских пастбищ КБАССР, проведенные кафедрой агрономии КБГУ в 1959;1960 гг. В статьях Б. Х. Фиапшева, опубликованных в ученых записках Ростовского н/Д РГУ и КБГУ и выполненных под руководством профессора Ф. Я. Гаврилюка, характеризуются агропроизводственные и генетические особенности почв Малой Кабарды.

Важные исследования по изучению динамики запасов влаги и главнейших элементов пищи растений в Предкавказских карбонатных черноземах в 1947;1955 гг. были проведены П. Е. Простаковым и несколько позже профессором Г. К. Льговым (1976).

Многолетние разрозненные статьи. дополненные новыми аналитическими данными, были обобщены и изложены в сборнике «Агрохимическая характеристика почв СССР» (районы Северного Кавказа), в.

разделе посвященном почвам КБАССР авторы К. И. Маслюгин, (почвы горной части республики), Б. Х. Фиапшев (районы Малой Кабарды) и Г. К. Льгов (влияние орошения и удобрений на динамику питательных веществ и урожай растений).

Достоинством этой работы является рассмотрение почв с точки зрения их сельскохозяйственного использования (перспективы применения удобрений, эффективность орошения).

Учитывая важность изучения физико-химической природы и агрономических особенностей почв республики в целях правильного решения вопросов рационального применения удобрений, орошения и других агрономических мероприятий, в последние годы особое внимание уделяется изучению минералогического состава, природы органического вещества, динамике почвенных режимов почв Кабардино-Балкарии. В этом отношении следует отметить работы: «Черноземы КБАССР» (авторы Керефов, Фиапшев, Федорова, 1967), «Органическое вещество отдельных гранулометрических фракций основных типов почв Восточного Предкавказья» (авторы Трофименко, Кизяков, 1967), «Минералогический состав высоко дисперсной части некоторых почв степной зоны КБАССР (Фиапшев, 1966). «Луговые и лугово-болотные почвы междуречья Баксан — Баксаненок и их агрохимическая характеристика» (Кизяков, 1965), «Почвы междуречья Терек-Кура в пределах Кабардино-Балкарской АССР» (Фиапшев, 1966).

В книге профессора К. Н. Керефова и Б. Х. Фиапшева «Почвы степной зоны КБАССР» (1966) рассматриваются условия почвообразования, генезис, систематика и география почв степной зоны республики. Дается агрономическая характеристика выщелоченным карбонатным и каштановым черноземам, темно-каштановым, грунтово-лугово-черноземным карбонатным и выщелоченным почвам, а также характеризуются луговые и аллювиально-луговые почвы. На основании аналитических и опытных данных рассматриваются перспективы применения удобрений. Изучению структуры почвенного покрова Северного Кавказа посвящены работы B.C. Крыщенко, Э. Н. Молчанова (1991) — Э. Н. Молчанова (1972, 1980, 1986).

Имеется ряд статей, в которых дается агрономическая характеристика почв отдельных частей Кабардино-Балкарской АССР. К ним относятся работы: К. Н. Керефова, Б. Х. Фиапшева «К характеристике почв Кабардино-Балкарской АССР», Ю. Е. Кизякова «Засоленные почвы Кабардино-Балкарии и пути их мелиорации» (1966), Б. Х. Фиапшева, П. Г. Лучкова, В. И. Кумахова (1966) «Почвы северного склона Кабардино-Сунженского хребта и их сельскохозяйственное использование» (1967), С. И. Федоровой, Б. Х. Фиапшева, В. И. Кумахова «О закономерности изменения состава органического вещества почв в связи с вертикальной зональности на Северном Кавказе» (1970), Б. Х. Фиапшева, В. И. Кумахова «Гидроморфные почвы Кабардинской равнины» (1971), Б. Х. Фиапшева, В. И. Кумахова «Почвы поймы реки Терек и их сельскохозяйственное использование» (1978), Б. Х. Фиапшева, В. И. Кумахов, Л. Ф. Королевой «Особенности состава и свойства органического вещества в субальпийских лесах» (1978), В. И. Кумахова «Почвы речных долин и дельт автономных республик Северного Кавказа» (1984), В. И. Кумахова «Физико-химическая характеристика и оценка пойменных почв Северного Кавказа» (1984).

Выводы.

1. Ретроспективный мониторинг полидисперсной системы почв выявил смену квазистационарного состояния ПСП объектов исследования.

За 29-летний период произошла смена квазистационарного состояния ПСП объектов исследования. На современном этапе развития полидисперсная система черноземов обыкновенных ТГСУ оказалась перенасыщена пылью и находится в пределах 75,6−96,8% насыщенностью физической глины пылью.

Оценка состояния динамического равновесия полидисперсной системы луговато-черноземных почв ТГСУ выявила определенную устойчивость, если квазистационарного состояние насыщенности физической глины пылью/илом полидисперсной системы луговато-черноземных почв в 1977 году находилось в пределах 51−52%, то в 2006 году этот предел составил 58−62%.

2. Гранулометрический показатель структурности, характеризующий потенциальную способность почвы к оструктуриванию, уменьшился в черноземе обыкновенном в 2 раза. Это связано с резким изменением содержания ила в черноземах обыкновенных с 17,6−19,1% до 1,1−3,8%, что можно объяснить проявлением одного из видов необратимой деградации черноземов, возникающего при орошении.

3. Общую устойчивость проявляет система луговато-черноземных почв. Гранулометрический показатель структурности по А. Ф. Ворониной за 29-летний срок сельскохозяйственного использования луговато-черноземных почв изменился лишь на 0,3.

4. Мониторинг гумусного состояния почв Терского ГСУ выявил 21 га земли с очень низким содержанием гумуса (до 2%), что на 20 га больше чем 1977 году обследования.

5. По сравнению с 1977 г. в 2006 году площади пахотных почв с низким содержанием калия увеличились на 12 га за счет увеличения площади пашни со средней обеспеченностью калием на 7 га и уменьшением по площади пашни с повышенным содержанием калия на 24 га.

6. За период с 1977 по 2006 годы степень обеспеченности почв фосфором очень снизилась, если в 1977 году обследования общая площадь с очень высоким содержанием фосфора составляла 44 га, то в 2006 году на территории ТГСУ участки с очень высоким и высоким содержанием фосфора отсутствуют. Очень низкообеспеченные и низко обеспеченные участки составляют соответственно 7 и 17 га.

7. Результаты агроэкологического мониторинга уровня содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах Терского ГСУ свидетельствуют об отсутствии техногенного загрязнения тяжелыми металлами. Содержание марганца в почвах варьирует от 61,25 до 105,55 мг/кг, содержание цинка изменяется в пределах 5,25−7,01 мг/кг, а меди 2,82−3,42 мг/кг.

8. Применение ГИС-технологии позволило разработать информационно-аналитическую систему, в которой созданы тематические слои пространственной информации по исследуемой территории.