Мониторинг кислотности почв ЦЧО России

Исследования проводили с целью изучения закономерностей изменения кислотности пахотных почв ЦЧО (на примере Белгородской области) в процессе длительного сельскохозяйственного использования. В статье проанализированы материалы агрохимического обследования 1964-2018 гг. и почвенно-эрозионного обследования 2013-2018 гг. пахотных почв, проводимого в юго-западной части ЦЧО на территории Белгородской области. Почвенный покров в лесостепной зоне в основном представлен черноземами типичными и выщелоченными, в степной - черноземами обыкновенными. В 2015-2018 гг. в Белгородской области доля кислых почв снизилась, по сравнению с результатами агрохимического обследования 2010-2014 гг., на 10,4 %, в том числе среднекислых - на 6,8 %. 

Это обусловлено известкованием кислых почв на площади 299,8 тыс. га, что составляет 30,2 % от общероссийского уровня. По результатам последнего цикла агрохимического обследования больше всего кислых почв отмечено в Борисовском (73,0 %), Ивнянском (72,3 %), Ракитянском (64,7 %) и Грайворонском (62,2 %) районах. Они полностью находятся на территории Украинской лесостепной почвенной провинции, которая характеризуется лучшими для Белгородской области условиями увлажнения. У черноземов обыкновенных, расположенных в степной зоне, наметился устойчивый тренд к подщелачиванию. В зависимости от экспозиции склона на слабосмытых черноземах типичных Украинской лесостепной почвенной провинции величина pHKCI  в среднем возрастает, по сравнению с водоразделами, на 0,12...0,46 ед., на среднесмытых - на 0,58...0,9 ед.

Один из основных показателей плодородия почв, который сильно влияет на формирование урожая сельскохозяйственных культур и всегда определяется при проведении агрохимического обследования, - кислотность. Она зависит от многих факторов: климата, свойств почвообразующих пород, состава почвенно-поглощающего комплекса (ППК), особенностей почвообразовательного процесса, степени эродированности почв, хозяйственной деятельности человека.

Подкисление почвенного раствора сопровождается негативными изменениями агрофизических параметров, микробиологической активности, состояния гумусного фонда почвы, существенным снижением эффективности удобрений, ухудшением качества растениеводческой продукции и другими отрицательными последствиями.

Увеличение кислотности пахотных почв лесостепной зоны Центрально-Черноземных областей России (ЦЧО) обусловлено отрицательным балансом кальция в земледелии. Основные его потери происходят в результате вымывания из пахотного слоя в более глубокие горизонты с осадками. 

С увеличением степени смытости кислотность пахотных почв на территории Белгородской области снижается. Например, величина pHKCI типичного чернозема в среднем составляет:

• несмытого - 6,3, 
• слабосмытого - 6,4, 
• среднесмытого - 6,7, 
• сильносмытого - 6,8 [1]. 

Главная антропогенная причина подкисления почв - применение физиологически кислых удобрений. Определенное влияние на реакцию почвенного раствора вокруг индустриальных центров оказывает выпадение кислотных (рН 3...4) атмосферных осадков.

В Российской Федерации кислые почвы занимают около 35 млн га, а ежегодные потери урожая, обусловленные влиянием неблагоприятной кислотности почв на растения, оцениваются в пересчете на зерно не менее чем в 12 млн т [2, 3]. В ЦЧО по состоянию на 01.01.2016 г. наиболее высокую долю кислых почв отмечали в Тамбовской области (76 %), причем 26 % из них среднекислых и 0,1 % - сильнокислых. 

В Липецкой и Курской областях доля кислых почв составляла соответственно 73,8 и 68,0 %, из них среднекислых - 22,4 и 26,1 %, сильнокислых - 0,5 и 0,7 %. Меньше всего кислых почв было в Воронежской области - 28,2 %, из них среднекислых - 5,4, сильнокислых - 0,1 % [4]. Большая часть этой области находится в степной зоне, где почвенный покров представлен черноземами обыкновенными и южными, для которых подкисление не характерно.

Цель исследований - изучить закономерности изменения кислотности пахотных почв ЦЧО (на примере Белгородской области) в процессе длительного сельскохозяйственного использования.

Территория Белгородской области включает лесостепную и степную почвенные зоны. В лесостепной зоне в почвенном покрове пашни преобладают чернозёмы:

• типичные (44,8 % от общей площади пахотных почв области),
• выщелоченные (25,7 %), 
• оподзоленные (1,9 %),
• темно-серые лесные почвы (6,2 %).

В степной зоне преобладают:

• черноземы обыкновенные (13,0 %), 
• остаточно-карбонатные (1,1 %), 
• солонцеватые (3,6 %). 

Доля эродированных пахотных почв по результатам второго тура почвенного обследования (1970-1985 гг.) составляла 47,9 % [5]. Общая посевная площадь в среднем за 2015-2018 гг. равна 1428,5 тыс. га.

В работе использовали материалы сплошного агрохимического обследования пахотных почв, проведенного в 1964-2018 гг., и почвенно-эрозионного обследования, выполненного в 2013-2018 гг. В почвенных пробах определяли рН солевой вытяжки в соответствии с ГОСТ 26483-85, гидролитическую кислотность (Нг) - по ГОСТ 26212-91.

Определение степени эродированности почв осуществляли на основе общепринятых рекомендаций [6]. По ориентациям относительно сторон света склоны подразделяли по такому принципу:

• «холодные» (северной экспозиции), 
• «теплые» (южной),
• «нейтральные» (западной и восточной) [7]. 

Рассчитывали доверительный интервал для среднего значения (x + t0,5sx) и коэффициент вариации (V, %).

По результатам фонового мониторинга, который проводили на территории участка «Ямская степь» государственного заповедника «Белогорье», установлено, что в слое 10...20 см целинные черноземы выщелоченные имеют слабокислую реакцию почвенного раствора (pHKCI - 5,3), а для черноземов типичных характерна нейтральная реакция среды (pHKCI - 6,0). Кислотность солевой вытяжки чернозема обыкновенного природного парка «Ровеньский» на глубине 15...25 см равна 7,0 ед. рН.

Наименьшую долю кислых почв (22,9 %), в том числе среднекислых (1,5 %) в области зафиксирована в 1976-1983 гг. За 1984-1989 гг., несмотря на достаточно высокие объемы известкования, доля кислых почв возросла на 4,1 %, в том числе среднекислых - на 2,3 %, а сильнокислых - на 0,2 %. В период с 1990 г. по 2004 г. величины этих показателей находились в пределах соответственно 33,5...36,4 %, 7,1...8,2 % и 0,2...0,5 %.

В 2005-2014 гг. доля кислых почв увеличилась до 45,8 %, в том числе среднекислых - до 12,6 %. В 2015-2018 гг. впервые за весь период наблюдений было отмечено значительное снижение доли кислых почв - до 35,5 %, среднекислых - до 5,8 %, а сильнокислых практически не осталось (табл. 1).

Площади работ по известкованию почв увеличатся в 3 раза в 2019 г.

Кроме того, следует учитывать, что под плановое агрохимическое обследование 2015-2018 гг. попали все почвы, произвесткованные в 2010-2014 гг. Поскольку, как правило, мероприятия по химической мелиорации проводят сразу после получения актуальных данных о кислотности, большая часть почв, произвесткованных в 2015-2018 гг., будет обследована только в 2019-2022 гг.

По результатам последнего цикла агрохимического обследования больше всего кислых почв отмечено в следующих районах:

Борисовском (73,0 %), 

Ивнянском (72,3 %), 

Ракитянском (64,7 %),

Грайворонском (62,2 %) (табл. 2). 

Они полностью находятся на территории Украинской лесостепной почвенной провинции, которая характеризуется лучшими для Белгородской области условиями увлажнения. Среднемноголетнее количество осадков составляет 612 мм, гидротермический коэффициент - 1,1...1,2. Кроме того, в этих районах минимальная для области доля эродированных почв - 22,8...28,6 %.

В процессе длительного сельскохозяйственного использования для пахотных почв лесостепной зоны ЦЧО (черноземы типичные, выщелоченные, оподзоленные, серые лесные почвы) характерен устойчивый тренд к подкислению. В полевых исследованиях, проведенных в лесостепной зоне Белгородской области на черноземе типичном в условиях зернопропашного и зернопаропропашного севооборотов, установлено, что за 15 лет в вариантах без удобрений величина Нг возросла на 1,02...1,20 ммоль/100 г почвы, а при внесении удобрений - на 1,23...1,35 ммоль/100 г почвы [5].

В районах, полностью входящих в степную зону, отмечается систематическое подщелачивание почв, вызванное перемещением карбонатов с восходящими токами влаги в пахотный слой. Кроме того, в этих районах велика доля эродированных почв (53,1...56,5 %). Например, в Ровеньском районе в IX цикле агрохимического обследования средневзвешенная величина pHKCI составляла 6,6 ед., Нг - 1,1 ммоль/100 г, а в Х цикле - соответственно 6,85 ед. и 0,79 ммоль/100 г. В Вейделевском районе такая закономерность была выражена слабее, за этот же период pHKCI имела тенденцию к увеличению с 6,3 до 6,35, а величина Нг уменьшилась с 1,7 до 1,54 ммоль/100 г. 

Подщелачивание почв негативным образом влияет на доступность фосфора растениям. Поэтому слабое подкисляющее действие минеральных удобрений на чернозёмах обыкновенных, в отличие от черноземов выщелоченных и серых лесных почв, можно считать положительным, так как при этом увеличивается подвижность фосфорных соединений.

По данным почвенно-эрозионного обследования для чернозема типичного на водоразделе в пахотном слое величина pHKCI в среднем составляла 5,84 ед. В слабосмытых почвах северной экспозиции она в среднем достигала 5,96 ед., в среднесмытых - 6,42 ед. На склонах нейтральной экспозиции величина pHKCI возрастала до 6,26 и 6,62 ед. соответственно. Наиболее заметное увеличение параметра до 6,3 ед. на слабосмытых почвах и до 6,74 ед. на среднесмытых отмечали на склонах южной экспозиции. Величина pHKCI была ниже рНводн на 0,93...1,00 (табл. 3).

В 2018 г. в Центральном Черноземье валовой сбор корнеплодов сахарной свеклы достиг 21 тыс. 166 т, что составляет 50,3 % от общероссийского уровня, в том числе в Белгородской области - 2 тыс. 671 т (6,35 %) [8]. Для успешного возделывания сахарной свеклы оптимальная величина pHKCI почвы должна быть не менее 6. Поэтому в черноземной зоне остро стоит вопрос известкования кислых почв.

Этот мелиоративный прием земледельцы используют уже несколько столетий. Его эффективность общепризнана, как сторонниками классического земледелия, так и представителями ортодоксальных направлений биологического земледелия. На произвесткованных почвах увеличивается эффективность удобрений и симбиотическая фиксация азота бобовыми культурами. Существенно повышается урожайность культур, которые наиболее требовательны к реакции почвенной среды (сахарная свекла, озимая пшеница, кукуруза, люцерна и др.). Например, в ЦЧО известковые удобрения в год их внесения могут повышать урожайность зерновых культур на 5...6 ц/га [9].

В то же время, известкование может сопровождаться и некоторыми негативными процессами. В первую очередь, часто наблюдается снижение подвижности фосфора и некоторых важных микроэлементов, в том числе цинка, меди, кобальта, содержание которых в почвах области оценивается как низкое. Если после известкования складывается отрицательный баланс органического вещества, то в среднесрочной перспективе может усилиться минерализация гумуса.

В Белгородской области достаточно большие площади кислых почв были произвесткованы в 1984-1989 гг. (198,6 тыс. га, или по 33,1 тыс. га в год) и в 1990-1994 гг. (156 тыс. га, или по 31,2 тыс. га в год). В дальнейшем объемы химической мелиорации существенно сократились. 

За 1995-1999 гг. было произвестковано 31,5 тыс. га, за 2000-2004 гг. - 6 тыс., за 2005-2009 гг. - 10 тыс. га, что значительно меньше, чем в других областях Центрального Черноземья. Поэтому с 2010 г. в Белгородской области начали осуществлять целевую программу, предусматривающую для ее участников софинансирование затрат на известкование кислых почв. Реализация этой программы привела к резкому увеличению объемов известкования. 

Например, за 2010-2014 гг. в Белгородской области было произвестковано 184,4 тыс. га (15,2% от российского уровня), а в 2015-2018 гг. - 299,8 тыс. га кислых почв (30,2%). Для сравнения за 2015-2018 гг. в Воронежской области произвестковали 29,4 тыс. га, в Курской - 37,5 тыс. га, в Липецкой - 81,6 тыс. га, в Тамбовской - 36,9 тыс. га кислых почв (табл. 4).

В научных учреждениях региона на основе многолетних данных полевых опытов разработаны нормативы затрат известковых мелиорантов для сдвига pHKCI почвы [10]. В среднем 1 т извести изменяет pHKCI в пахотном слое тяжелосуглинистых почв на 0,1 ед. В качестве мелиорантов рекомендуют использовать дефекат, молотые мел и мергель, которые обладают примерно одинаковой эффективностью в эквивалентных по СаСО3 дозах [8]. 

Наиболее дешевый и распространенный мелиорант в ЦЧО - дефекат сахарных заводов, который помимо кальция и магния содержит достаточно много органического вещества. По величине этого показателя в среднем 1 т дефеката эквивалентна 0,8 т навоза КРС [11]. По результатам полевых опытов, наиболее эффективно совместное внесение дефеката с навозом и минеральными удобрениями, что повышает плодородие почв и урожайность культур севооборота как в год внесения, так и в последействии [12].

Таким образом, в 2015-2018 гг. в Белгородской области доля кислых почв снизилась на 10,4 %, в том числе среднекислых - на 6,8 %, по сравнению с результатами агрохимического обследования 2010-2014 гг. Это было обусловлено известкованием 299,8 тыс. га кислых почв, что составляет 30,2 % от российского уровня. 

У черноземов обыкновенных, расположенных в степной зоне, наметился устойчивый тренд к подщелачиванию. В зависимости от экспозиции склона на слабосмытых черноземах типичных Украинской лесостепной почвенной провинции величина pHKCI в среднем возрастает на 0,12...0,46, на среднесмытых - на 0,58...0,9, по сравнению с водоразделами.

1.    Ахтырцев Б. П., Соловиченко В. Д. Почвенный покров Белгородской области: структура, районирование и рациональное использование. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1984. 142 с.

2.    Шильников И. А., Аканова Н. И. Перспективы химической мелиорации кислых почв // Плодородие. 2004. № 6. С. 2-3.

3.   Сычев В. Г., Аканова Н. И. Современные проблемы и перспективы химической мелиорации кислых почв // Плодородие. 2019. №1. С. 3-7.

4.    Чекмарев П. А., Лукин С. В. Динамика плодородия пахотных почв и урожайности сельскохозяйственных культур в Центрально-Черноземных областях России // Международный сельскохозяйственный журнал. 2017. № 4. С. 41-44.

5.   Соловиченко В. Д. Плодородие и рациональное использование почв Белгородской области. Белгород: Отчий дом, 2005. 292 с.

6.    Классификация и диагностика почв СССР / В. В. Егоров, В. М. Фридланд, Е. Н. Иванова и др. М.: «Колос», 1977. 224 с.

7.    Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий / В. И. Кирюшин, А. Л. Иванов, М. В. Буланова и др. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.

8.   Собрано урожая сельскохозяйственных культур (оперативные данные) // ЕМИСС: государственная статистика [Электрон­ный ресурс]. URL: http: // www.fedstat.ru/indicators/stat.do (дата обращения 24.03.2019).

9.    Акулов П. Г. Воспроизводство плодородия и продуктивность черноземов. М.: Колос, 1992. 223 с.

10.    Нормативы расхода известковых материалов для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв. М.: Союзсельхозхимия, 1986. 70 с.

11.    Рекомендации по проектированию интегрированного применения средств химизации в ресурсосберегающих техноло­гиях адаптивно-ландшафтного земледелия: инструктивно-методическое издание / А. А. Завалин, А. И. Карпухин, В. А. Исаев и др. М.: Росинформагротех, 2010. 464 с.

12.    Юмашев Н. П., Логошина Т. П. Известкование кислых почв в Тамбовской области // Плодородие. 2005. № 2 С. 30.