Изменение свойств чернозема выщелоченного Новосибирского Приобья при сельскохозяйственном использовании

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 

ИНСТИТУТ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

И ХИМИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Н. В. СЕМЕНДЯЕВА, Л. А. КАРЛОВЕЦ, 

Т. Н. КРУПСКАЯ

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМА 

ВЫЩЕЛОЧЕННОГО НОВОСИБИРСКОГО 

ПРИОБЬЯ ПРИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ 

ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Монография

Новосибирск 2015

УДК 631.445.4 (571.1)
ББК  40.341.7 (2Р53)

И 373

Рецензенты:  Н. Н. Шипилин, д-р с.-х. наук (НГАУ);

А. А. Данилова, д-р биол. наук (СибНИИЗиХ)

Семендяева Н. В.

И 373
Изменение свойств чернозема выщелоченного Ново
сибирского Приобья при сельскохозяйственном использовании: монография / Н.В. Семендяева, Л. А. Карловец, 
Т. Н. Крупская; Новосиб. гос. аграр. ун-т; Сиб. НИИ земледелия и химизации сел. хоз-ва. – Новосибирск: ИЦ НГАУ «Золотой колос», 2015. – 200 с.

ISBN 978-5-94477-165-0

В монографии представлены результаты многолетних иссле
дований авторов о влиянии разновидовых севооборотов (зернового, 
зернопарового и зернотравяного) и уровня химизации на морфологический профиль, гранулометрический и микроагрегатный состав 
чернозема выщелоченного, физические свойства, продуктивную влагу, структуру, его агрохимические показатели, а также урожайность 
сельскохозяйственных культур. Выявлена доля влияния факторов на 
агрофизические и агрохимические свойства черноземов. Установлено, что научно обоснованные севообороты улучшают свойства чернозема выщелоченного и сохраняют его плодородие. Комплексная 
химизация во всех севооборотах позволила получить высокий экономический эффект. В условиях лесостепи Новосибирского Приобья 
четырехпольные полевые севообороты могут быть эффективными 
без включения пара.

Книга представляет интерес для почвоведов, агрохимиков, ра
ботников сельского хозяйства, а также преподавателей, студентов 
и аспирантов биологического профиля.

УДК 631.445.4 (571.1)
ББК 40.341.7 (2Р53)

ISBN 978-5-94477-165-0 
©  Семендяева Н. В., Карловец Л. А., 

Крупская Т. Н., 2015

©  Новосибирский государственный 

аграрный университет, 2015

Чернозем для России дороже всякой нефти,
всякого каменного угля, дороже золотых и
железных руд, в нем – вековечное,
неистощимое русское богатство

В. В. Докучаев

ВВЕДЕНИЕ

Черноземы были и остаются основой, на которой 

базируется сельскохозяйственное производство. По данным Д. И. Щеглова (2003), их площадь в мире составляет 
260 млн га. Примерно 180 млн га приходится на долю 
бывшего Советского Союза. В Западной Сибири черноземы занимают площадь около 8624,6 тыс. га, их них 
в Новосибирской области – 1642,9 тыс. га, включая их 
комплексы с солонцами, или 9,6 % от площади всех почв 
(Хмелев, Танасиенко, 2009).

В результате интенсивного сельскохозяйственного 

использования в них происходят глубокие изменения, которые зачастую носят негативный характер. В частности, 
гумусово-аккумулятивный горизонт А в настоящее время 
превращен в пахотный (Апах). Под действием ежегодной 
механической обработки он, как правило, дезагрегируется, значительно уплотняется (выпахивается) и после 
атмосферных осадков «замывается». Его водопроницаемость существенно снижается, появляются почвенная 
корка и глыбистость. Поэтому весьма актуальными являются исследования, направленные на выявление влияния 
антропогенных процессов на свойства черноземов. Без 
современной оценки характера антропогенного воздействия на эти почвы невозможно прогнозировать как их 
будущее, так и будущее биосферы в целом.

В почвенном покрове Западной Сибири выявлено пять 

подтипов черноземов: оподзоленные, выщелоченные, 

типичные, обыкновенные и южные. Наибольшие площади заняты черноземами выщелоченными (совместно 
с оподзоленными) – 4924,5 тыс. га. Менее распространены черноземы южные и особенно типичные. Формирование подтипов черноземов подчинено пространственному 
размещению по почвенно- климатическим зонам – в лесостепи и степи, где они занимают обширные пространства (Хмелев, Танасиенко, 2009). В связи с тем, что в Западной Сибири наибольшее распространение получили 
черноземы выщелоченные, наши исследования были 
сосредоточены на изучении изменений свойств именно 
этого подтипа под влиянием антропогенеза.

Цель исследований – выявить влияние длительного 

воздействия разновидовых севооборотов на морфологическое строение, агрофизические и физико-химические 
свойства чернозема выщелоченного. Исследования проводились на черноземах выщелоченных центрального 
опытного поля Сибирского НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства в ОПХ «Элитное» Новосибирского района Новосибирской области, расположенном 
в лесостепном Приобском агроландшафтном районе, 
в севооборотах, заложенных в 1996 г.

Работа выполнена при поддержке академика РАН, 

директора СибНИИЗиХ А. Н. Власенко, при участии зав. 
лабораторей севооборотов кандидата сельскохозяйственных наук Г. М. Захарова, ведущего агронома В. А. Гусельникова, а также студентов агрономического факультета 
Новосибирского аграрного университета, которые оказывали большую помощь в проведении полевых работ. 
Всем им авторы выражают глубокую признательность 
и благодарность.

1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ 

АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 

НА СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА 

(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

Во многих исследованиях установлено положение об 

устойчивости свойств и режимов, присущих чернозему, 
в условиях различного земледельческого использования. 
По данным Е. А. Афанасьевой (1966), А. М. Гринченко 
и др., (1968), Н. И. Богданова (1969), Ф. Ш. Гарифуллина 
(1974), сельскохозяйственное использование лишь видоизменяет, усиливает или ослабляет отдельные стороны 
естественного черноземного (дернового) почвообразовательного процесса. Однако все возрастающая антропогенная нагрузка приводит к качественным и количественным изменениям состояния черноземов. В данной 
связи познание направленности изменений современного почвообразовательного процесса в них является, несомненно, актуальным (Щеглов, 1999).

В России во всех природно-климатических зонах 

накоплен большой опытный материал, который подтверждает преимущества севооборота по сравнению 
с монокультурой. Правильно составленный севооборот, 
разработанный и примененный с учетом законов земледелия, создает лучшие условия для получения высоких 
и устойчивых урожаев.

Научно обоснованное чередование культур способ
ствует рациональному использованию почвенной влаги. Для этого нужно чередовать растения, отличающиеся 
различной требовательностью к воде (Панников, Минеев, 
1987). Большое значение для поддержания плодородия 
почв имеют многолетние злаковые (кострец, тимофеевка, 
волоснец, житняк) и бобовые (клевер, люцерна, эспарцет, 
донник) травы. Введение их в севооборот в чистом виде 

или в травосмеси (злаковые и бобовые) позволяет накопить 
значительное количество органического вещества и азота 
за счет симбиотической азотофиксации бобовыми травами (Гамзиков, 2003). Освоение севооборотов дает возможность наиболее рационально использовать питательные 
вещества почвы и вносимых удобрений, легче бороться 
с сорняками, вредителями и болезнями, более продуктивно 
расходовать влагу из различных горизонтов, равномерно 
распределять полевые работы и более производительно использовать технику (Забазный, Мальченко, 1972).

О. Кvеch (1966), обобщив обширный материал по 

проблеме «монокультура и севооборот», пришел к выводу, что в условиях интенсивной агротехники, особенно 
при внесении удобрений, возможна монокультура некоторых растений и получение относительно высоких урожаев, однако в большинстве случаев урожаи возрастали 
при соответствующем чередовании культур. В отдельных 
случаях допускается многолетнее выращивание некоторых культур на одном поле, если оно приносит заметную 
выгоду. К таким культурам относятся картофель, кукуруза на силос, мак, горох и пелюшка, которые при повторном посеве повышали урожай в первые годы.

В условиях интенсификации земледелия большое 

влияние на свойства почвы оказывают обработка, внесение органических и минеральных удобрений, использование химических средств защиты растений и другие 
агротехнические и мелиоративные мероприятия. При 
этом различия между качеством предшественников сглаживаются благодаря относительно быстрому повышению общего уровня плодородия сельскохозяйственных 
земель (Лыков, Туликов, 1976).

Сельскохозяйственные культуры и их чередование 

влияют на физические свойства почвы, особенно на 

структуру, строение и сложение. Это связано с массой, 
развитием корней, условиями их разложения и с обработкой почвы. В период вегетации почти все растения 
улучшают структуру почвы и защищают ее от эрозии, но 
в разной степени, что свидетельствует о прямой зависимости структурообразования от массы корней того или 
иного растения и обратной (за некоторыми исключениями) – от интенсивности обработки почвы, применяемой 
при возделывании этих культур (Земледелие, 1991).

При одинаковых климатических условиях и при
родных свойствах почвы оценка севооборота зависит от 
тех воздействий, которые оказывают предшествующие 
культуры и приемы их возделывания (обработка почвы, 
удобрения и др.). Известно, что эти воздействия неодинаковы. Следовательно, создаются некоторые различия 
в свойствах почвы и ее плодородии в зависимости от 
предшествующих культур. Данные различия необходимо 
учитывать при размещении сельскохозяйственных культур по полям, иначе говоря, устанавливать научно обоснованное чередование культур (Воробьев, 1979).

Российские и зарубежные ученые давно пытались 

оценить значение отдельных физических свойств как 
фактора плодородия (Вильямс, 1949, 1951; Рассел, 1955; 
Качинский, 1956, 1960, 1965; Дояренко, 1966; Блэк, 1973; 
Вилесов, 1975, 1981; Медведев, 1988). Актуальность этой 
проблемы не снижается в связи с недостаточной изученностью агрономической роли физических свойств почв 
в различных природно-хозяйственных условиях и необходимостью решения задач по повышению урожайности 
сельскохозяйственных культур (Татаринцев, 2005).

Установлено, что длительное сельскохозяйственное 

использование черноземов привело к значительным изменениям содержания гумуса, азота, фосфора, калия и, 

соответственно, физических свойств. Основной причиной этого процесса является переуплотнение почвы 
и разрушение ее структуры (Иванов и др., 1971; Ахтырцев, Лепилин, 2001).

Важная роль физических свойств почвы в создании 

ее плодородия и в жизни растений выдвигает на первый 
план задачу улучшения и постоянного регулирования водного, воздушного и теплового режимов. Чтобы регулировать физические свойства, необходимо воздействовать, 
прежде всего, на плотность и влажность почвы, обеспечить ее агрегатное состояние (Пестряков, 1977). Наиболее 
информативными показателями для оценки физических 
свойств являются равновесная плотность; структурное 
состояние почв, включающее содержание агрегатов агрономически ценного размера от 0,25 до 10 мм, содержание 
глыбистой фракции (структурные отдельности >10 мм) 
и водопрочных агрегатов (> 0,25 мм), а также водно-физические свойства, т. е. водопроницаемость почв и наименьшая (полевая) влагоемкость (Кузнецова и др., 2009).

1.1. Физические свойства чернозема и их изменение 

при сельскохозяйственном использовании

Агрофизическое состояние верхнего слоя чернозем
ных почв непосредственно влияет на процессы жизнедеятельности растений. Первичным и определяющим 
фактором физики почвы является плотность. С ней непосредственно связаны водный, тепловой, воздушный 
режимы почвы, она является важным показателем плодородия (Земледелие…, 2003).

Полевые культуры проявляют различное отношение 

к плотности почвы. Для зерновых оптимальные значения 
ее находятся в пределах 1,1–1,3, для пропашных – 1,0–
1,2 г/см 3. Люцерна, донник, рапс и другие стержнекорне

вые растения хорошо развиваются и при более высокой 
плотности почв (Адаптивно-ландшафтные…, 2002).

Причины отрицательного действия высокой плотно
сти на произрастание и урожай растений выяснены недостаточно. Известно, что при уплотнении почвы изменяется характер ее порового пространства. В то же время 
вопрос об изменениях в распределении пор по размерам, 
наступающих в результате уплотнения почвы, освещен 
в литературе слабо (Соколовская, 1967). Большинство исследователей считают, что рыхлое строение почвы благоприятствует течению процессов нитрификации (Бугаков, 
Лубите, 1969; Славнина, 1978; Гамзиков, 1998). Вместе 
с тем имеются данные, свидетельствующие о положительном влиянии уплотнения на различные свойства почвы, в том числе на процессы нитрификации (Бугаков, 
Лубите, 1976; Медведев, 1988). Л. Б. Нестерова и др. 
(2009) в ходе исследований установили, что наибольшее 
влияние на мобилизацию процессов нитрификации оказали обработки почв, менее значимы – плотность почв, 
полевая влажность, структурно-агрегатный состав и наименьшая влагоемкость.

Основу почвы составляет твердая фаза различной 

степени дисперсности (Ревут, 1964). В почвах с высоким 
содержанием гумуса плотность твердой фазы несколько 
ниже, чем в малогумусных. В наиболее частых случаях 
плотность твердой фазы колеблется в пределах от 2,5 до 
2,7 г/см 3 (Ревут, 1960).

Плотность и пористость почвы – явление слож
ное, в основном зависящее от взаимного расположения 
твердых частиц в почвенно-грунтовой массе. Все разнообразие пор и плотностей, встречающихся в природных 
почвах, объясняется той или иной укладкой почвенных 
частиц. Зная плотность и плотность твердой фазы почвы, 

можно вычислить общую пористость и пористость аэрации системы (Иоффе, Ревут, 1959).

По мнению большинства исследователей, нижняя 

граница оптимального содержания воздуха в суглинистых почвах составляет 15 %. При пористости аэрации от 
15 до 10 % растения уже испытывают затруднения в росте, а при значениях ниже 10 % наблюдается затухание 
биологической активности почвы и затрудняется нормальный газообмен почвы с атмосферой, что приводит 
к снижению урожая сельскохозяйственных культур (Ревут и др., 1971).

Верхняя граница оптимального содержания воздуха 

в почве колеблется в широком интервале – от 20 до 25 
и даже 30 % в зависимости от требований культур и климатических условий зоны. Высокие значения этого показателя приводят к непроизводительным потерям влаги 
на физическое испарение. Допустимые значения пористости аэрации составляют 15–6, а критические – 6–3 % 
(Кузнецова и др., 2009).

Оптимальное строение пахотного слоя черноземных 

почв возникает при общей скважности почвы 50–60 %, 
что соответствует определенной плотности сложения. 
В уплотненной почве потери воды резко возрастают. Объясняется это тем, что уплотненная почва при засухе дает 
большие трещины. Кроме того, такая почва прогревается 
сильнее, что также способствует большим потерям влаги 
(Буров, 1968).

Агрегаты агрономически ценного размера обусловли
вают более равномерную упаковку при обработке почвы, 
что приводит к созданию пахотного слоя с оптимальной 
структурой порового пространства, сочетающей крупные межагрегатные поры, по которым происходят фильтрация воды в почву и газообмен, а также поры среднего