Плодородие черноземов Зауралья и его динамика

М.А Глухих
В.Б. Собянин
О.Б. Собянина 

Плодородие черноземов
Зауралья и его динамика 

Монография 

3-е издание, стереотипное 

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
2021 

УДК 631.445.4 : 631.45(470.54/.56 + 470.58) 
ББК 41.4

Г55 

Г55

Р е ц е н з е н т ы : 

доктор биологических наук, зам. директора по научной работе СибНИИЗХима И.Н. Шарков; 
доктор биологических наук, директор Институота агроэкологии –
филиала Челябинской государственной агроинженерной академии 
И.В. Синявский 

Глухих М.А. 
Плодородие черноземов Зауралья и его динамика [Электронный 
ресурс] : монография / М.А. Глухих, В.Б. Собянин, О.Б. Собянина; под 
ред. локт. с.-х. наук М. А. Глухих. — 3-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА, 
2021. — 288 с. 

ISBN 978-5-9765-2801-7 

В монографии изложены результаты многолетних исследований 
коллектива Курганского научно-исследовательского института 
сельского хозяйства, Шадринской опытной станции им. Т.С. 
Мальцева, Института агроэкологии – филиала Челябинской государственной агроинженерной академии. Центральное место занимает 
анализ влияния сельскохозяйственных культур, севооборотов, способов 
обработки почв, удобрений на некоторые физические, химические и 
физико-химические свойства почв. Показана противоречивость 
результатов исследований по этим вопросам в России и за рубежом, 
вскрыты их причины. 
Книга адресована научным работникам, преподавателям и 
студентам сельскохозяйственных учебных заведений, специалистам 
аграрного производства. 

ISBN 978-5-9765-2801-7 
 М.А. Глухих, В.Б. Собянин, 

О.Б. Собянина, 2016

 Издательство «ФЛИНТА», 2016 

УДК 631.445.4 : 631.45(470.54/.56 + 470.58)
ББК 41.4

Оглавление 

Введение                                                                                                               3 
1. Физические свойства черноземов                                                                  7 
1.1. Структурное состояние черноземов                                                        7 
1.2. Плотность и скважность черноземов                                                    13 
1.3. Фильтрационная способность почвы                                                    24 
2. Весенние запасы влаги в почве                                                                    27 
3. Органическое вещество почвы                                                                     31  
3.1. Влияние гумуса на свойства почвы и питание растений                     35 
3.2. Динамика органического вещества почвы                                            39 
3.2.1. Изменения в содержании органического вещества 
почвы при освоении ее в пашню                                                                39 
3.2.1.1. Изменения в содержании гумуса  
при освоении подзолистых почв                                                            40 
3.2.1.2. Изменения в содержании гумуса 
при освоении черноземных почв                                                            42 
3.2.2. Динамика органического вещества почвы 
при длительном использовании ее в пашне                                               46 
3.2.2.1. Динамика органического вещества почвы 
при использовании минеральных удобрений                                        49 
3.2.2.2. Динамика органического вещества почвы 
при использовании органических удобрений                                        54  
3.2.2.3. Динамика органического вещества почвы 
при использовании в качестве удобрений соломы                                57 
3.2.2.4. Динамика органического вещества почвы под влиянием
способов ее обработки                                                                             65 
3.2.2.5. Динамика органического вещества почвы 
под влиянием возделываемых культур и севооборотов                       71 
3.2.2.6. Содержание гумуса в почве и продуктивность 

возделываемых культур                                                                           75 
3.2.2.7. Содержание гумуса в черноземах Зауралья                             85  
4. Азот почвы и его динамика                                                                          93 
4.1. Роль азота в жизни растений                                                                  93   
4.2. Роль азотфиксации в обеспечении почвы азотом                                94 
4.3. Общий азот почвы и его динамика                                                      102 
4.3.1. Обеспеченность гумуса азотом                                                      113 
4.4. Подвижные формы азота и их динамика                                            115 

4.4.1. Легкогидролизуемый азот почвы                                                   115 
4.4.2. Нитратный азот в почве                                                                   119 
4.4.2.1. Наличие нитратов в почве в зависимости от севооборота    119 
4.4.2.2. Наличие нитратного азота в почве 
в зависимости от способа ее обработки                                              125 
4.4.2.3. Динамика нитратного азота в почве 
при внесении удобрений                                                                       135 
4.4.2.4. Наличие нитратов в почве и потребность посевов  в
удобрениях                                                                                              141 
4.4.2.5. Миграция нитратного азота в почве                                       145 
4.4.2.6. Комплекс мероприятий по предотвращению миграции
нитратов в почвогрунт                                                                          151 
5. Фосфор и его значение в жизни растений                                                153 
5.1. Динамика  содержания общего фосфора в почве                              156 
5.2. Динамика содержания подвижных форм фосфора в почве             166 
5.3 Наличие фрсфора в почве и потребность в удобрениях                    184 
6. Калий и его значение в жизни растений                                                   187 
6.1. Динамика  содержания общего калия в почве                                   188      
6.2. Динамика содержания обменного калия в почве                               191 
7. Кислотно-основное состояние почвы                                                       196 
7.1. Кислотность почвы                                                                               196 
7.2. Кислотно-основная буферность почвы                                               212 
8. Наличие обменных катионов                                                                     216 
9. Урожайность сельскохозяйственных культур как интегральный
показатель плодородия почв при длительном их использовании 
в пашне                                                                                                               233      
10. Основные причины противоречивых суждений 
о динамике плодордия почв                                                                            237 
Список использованной литературы                                                             246                                                                           

Введение

Земля – практически единственный источник продуктов питания, осно
ва сельскохозяйственного производства. Как бы наука ни развивалась, 
благополучие человека, его здоровье зависят от земли, ее способности 
производить урожай, быть плодородной. Сохранять землю, не утрачивая, а 
повышая ее  плодородие – задача первостепенной важности. В то же время 
цель земледельца – не в сохранении природного запаса питательных веществ, а в его использовании. Запас этот должен быть в постоянном обороте и возвращаться в почву через кругооборот: почва – минеральные элементы питания – растения – удобрения – почва. Почвенный капитал должен приносить прибыль.  

По ГОСТу 27593-88, принятому в 1988 г. и переизданному в 2005 г., 

плодородие почвы – ее способность удовлетворять потребность растений в 
элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их 
нормальной жизнедеятельности. 

Чем плодороднее почва, тем полнее она удовлетворяет потребности 

растений. Обычно различают потенциальное,  эффективное и экономическое плодородие. Первое – естественное, создаваемое природой, и искусственное, создаваемое производственной деятельностью человека – определяется общим запасом в почве гумуса, элементов питания и другими 
условиями жизни растений. Оно не всегда реализуется, что может быть 
связано с погодными условиями, хозяйственной деятельностью. Высоким 
потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые, однако в засушливых условиях урожайность культур на черноземах может быть ниже, чем на подзолистых.

Эффективное плодородие земли – часть потенциального, реализуемая 

в урожае сельскохозяйственных культур при определенных климатических 
(погодных) и агротехнических условиях. Оно измеряется урожаем и зависит как от свойств почв, ландшафта, так и вида, сорта выращиваемых культур, хозяйственной деятельности человека. Эффективное плодородие, измеряемое в экономических показателях, учитывающих стоимость урожая и 
затраты на его получение, – экономическое плодородие.

Плодородие почвы обусловлено многими факторами, делающими ее 

способность превращать экономические затраты человека в урожай. Его 
показатели обычно объединяются в три группы: агрофизические, биологические и агрохимические. Агрофизические показатели представлены гранулометрическим и минералогическим составом, структурой, плотностью, 

порозностью, воздухоемкостью и мощностью пахотного слоя. К биологическим показателям относятся содержание, запасы и состав органического 
вещества почвы, активность почвенной биоты, фитосанитарное состояние. 
Группу агрохимических показателей плодородия составляют содержание 
питательных веществ, реакция почвенной среды и поглотительные свойства почвы.

Показатели плодородия в большинстве случаев взаимосвязаны. Одни из 

них могут быть отнесены к основополагающим, которые определяют состояние всех почвенных процессов (гранулометрический, минералогический состав, органическое вещество, фитосанитарное состояние почвы). 
Другие показатели плодородия (активность почвенной биоты, агрофизические и агрохимические свойства) в значительной мере являются производными от вышеназванных.

Плодородие не тронутой человеком почвы – ее способность поддержи
вать сложившееся сообщество растений и животных на своей поверхности 
и связанные с ними фауну и флору внутри почвы. При вмешательстве земледельца это сообщество разрушается. В примитивном сельском хозяйстве 
количество питательных веществ, выносимых с урожаем, невелико и возмещается за счет медленного выветривания почвы, минералов, поступления с осадками и естественных процессов фиксации азота, большой вред 
наносит возрастающее количество сорняков. Замена же естественных экосистем современными агроэкосистемами с большым выносом урожаем 
питательных веществ, аккумулируемых в выращенной продукции, по 
утверждению А. Н. Каштанова (1984), С. А. Извекова (1993) и др., ведет к 
утрате внутрипочвенной энергии, элементов минерального питания, а иногда и к усилению эрозионных процессов. Нарушается веками установившееся экологическое равновесие, обусловленное взаимодействием законов 
природы, считают Б. Б Полынов (1956), Н. Ф. Реймерс (1994). Создаются 
условия для глобального кризиса (В. Эбелинг, 1979; Gardner, 1990). В результате распашки целинных земель, вырубки лесов, осушения болот, создания водохранилищ, добычи полезных ископаемых и природных экзогенных процессов нарушился почвенный покров планеты (педосферы) и 
его главный компонент – органическое вещество (Ю. И. Ершов, 2004). 
Человечество подошло к критическому порогу, за которым дальнейшее 
неграмотное использование природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и другие непродуманные действия грозят обернуться экологической катастрофой. По мнению отдельных ученых, «основные загрязнители природных ресурсов связаны с агропромышленным комплексом. Это, 

прежде всего, азотистые минеральные и органические соединения, сульфаты, тяжелые металлы и т.д.» (Плодородие почв…, 1995). Поэтому некоторые экологи видят решение этих проблем в переходе к альтернативным 
системам земледелия без применения химических средств. Есть даже мнение, что «…человечество использовало практически все резервы получения дополнительной урожайности в открытом грунте. Теперь необходимо 
переходить от эксплуатации открытых систем к использованию условно 
закрытых искусственных образований» (Н. Ф. Реймерс, 1994). 

Однако есть и другое мнение. В. Ф. Ладонин, А. М. Алиев (1999), 

например, считают, что грамотное применение комплекса средств химизации в течение длительного времени не ухудшает плодородие почвы, не 
нарушает ее биологическую активность, а способствует росту продуктивности культур севооборота, не ухудшает качество получаемой продукции. 
В. И. Кирюшин (1996) считает, и с ним невозможно не согласиться, что 
отказ от современных технических и химических средств, не говоря уже о 
применеии минеральных удобрений, при существующем уровне народонаселения означал бы самую страшную из катастров. Выход из создавшегося 
положения В. Г. Горшков (1990) видит в использовании имеющихся значительных резервов производства в экологически обусловленных рамках на 
основе принципа культурного управления развитием. Биосфера, по В. И. 
Вернадскому, неизбежно должна превратиться в ноосферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек – природа. По данным Д. Шпаара и др. (2000), один гектар посевов зерновых 
культур за вегетационный период выделяет около 10,6 млн. литров кислорода. Это в два раза больше, чем один гектар леса. По почвозащитному 
действию против почвенной эрозии они уступают только многолетним 
травам.                      

О несостоятельности утилитарного, частного подхода в отношении 

почвенных, растительных и водных ресурсов еще в 1892 году писал В.В. 
Докучаев. Равновесие биогеоценозов существует за счет баланса противоположно направленных процессов: продукционного и деструкционного; 
гумификации и минерализации; образования и разрушения структуры почвы; уплотнения и разуплотнения почв; поступления и выноса веществ; 
эрозионных процессов и почвообразования; поступления токсикантов и их 
разложения; соотношения процессов, определяющих подвижность биогенных элементов; соотношения биологических видов. Важнейшая характеристика экологического равновесия – экологическая устойчивость, которая 
реализуется режимами органического вещества, биогенных элементов, 

реакции среды, окислительно-восстановительных условий, структурного 
состояния и сложения почвы, наличием влаги, тепла, воздуха, биогенности, 
фитосанитарного состояния агроценозов. Сопоставляя данные о направленности и интенсивности (скорости) изменения показателей плодородия, 
как отмечает Дж. У. Кук (1970), можно прогнозировать характер его развития, планировать приемы и системы мероприятий, стабилизирующие или 
повышающие плодородие. 
Наиболее объективную инфомацию о процессах, происходящих в почве, их направленности, можно получить лишь в полевых экспериментах, 
где на постоянном участке с одинаковыми исходными свойствами почвы 
применяются разные приемы (обработки почвы, дозы удобрений, севообороты, средства защиты и т.д.). Причем исследования эти должны быть длительными, так как многие свойства изменяются медленно и в довольно 
широком диапазоне, поэтому требуется время, чтобы их обнаружить. Многолетние стационары – неоценимое средство изучения динамики экосистем. С этим мнением согласны и многие зарубежные ученые: Callahan 
(1984), Risser (1991), Н. Н. Janzon (1995) и др. В конце 2007 г. в США состоялась рабочая встреча «Сеть длительных полевых опытов по изучению 
почв, экосистем и пространственно-временной динамики». Здесь вновь 
были отмечено, что на первоочередные вопросы человечества ответы могут дать только длительные опыты, которые к тому же позволяют на практике проверить возможность улучшения качества жизни и окружающей 
среды (В. А. Романенков, Д. Рихтер, 2008). 
По результатам исследований в таких многолетних многофакторных 
полевых экспериментах мы и пытаемся освятить поставленные вопросы.  
Авторы считают своим долгом отдать дань уважения и благодарности 
ныне покойным товарищам и коллегам, кандидату экономических наук В. 
И. Овсянникову, почетному академику ВАСХНИЛ Т. С. Мальцеву, многие 
идеи которых реализованы в данной работе. В проведении исследований 
принимали активное участие Р. Н. Сметанина, В. И. Данилов, С. Н. и Т. А. 
Добрыдины, Г. Л. Апетенок, А. П. Попов, Д. Р. Ражева, Т. С. Калганова. 
Выражаем признательность В. И. Волынкину, А. Э. Панфилову,  И. Л. 
Фрумину, В. А. Липпу, И. В. Синявскому, коллективам Курганского 
НИИСХ, Шадринской опытной станции им. Т. С. Мальцева, Института 
агроэкологии. 

1. Физические свойства черноземов

1.1.
Структурное состояние черноземов

Способность почвы распадаться на отдельные агрегаты называется 

структурностью. С нею связаны сложение, водный и воздушный режимы, 
комплекс биологических и физико-химических процессов – важные показатели плодородия почвы. Структурная почва лучше поглощает атмосферные осадки и сохраняет влагу от испарения, в ней интенсивнее микробиологические процессы и  мобилизация питательных веществ, быстрее всходят и укореняются посевы. 

В образовании структуры почвы большая роль принадлежит растениям. 

Их корни, проникая в уплотненную почву, расчленяют и дробят ее на отдельные комочки, а при росте сближают и сдавливают мелкие почвенные 
частицы.  При непосредственном и косвенном участии растений (их корней, перегнойных веществ растительного происхождения) образовавшиеся 
комочки приобретают водопрочность. Повышает прочность структуры и 
микробное население, связанное с растениями, причем не только за счет 
участия в образовании перегнойных веществ, цементирующих структурные агрегаты. Скрепляют агрегаты и мицелий грибов, актиномицетов, слизистые и клеящие продукты их жизнедеятельности (И. И. Канивец, 1939; 
Ф. Ю Гельцер, 1940; Е. Н. Мишустин, 1956).  

Структура почвы оценивается количественно по содержанию агрегатов 

и по их рзмеру. Самыми важными в агрономическом отношении являются 
агрегаты размером 0,25-10 мм. Чем выше их содержание, тем лучше почва. 
Качественная оценка структуры почвы проводится по шкале: 

Более 60 % агрегатов размером 0,25-10 мм. – отличное агрегатное 

соотношение;

40-60 % агрегатов размером 0,25-10 мм.  – хорошее;
Менее 40 % агрегатов размером 0,25-10 мм. – неудовлетвори
тельное (Агроэкологическая оценка…, 2005).

Исследованиями Шадринского, Макушинского и Центрального опыт
ных полей Курганского НИИСХ, Шадринской опытной станции им. Т. С. 
Мальцева установлено, что агрегатный состав обыкновенных солонцеватых и выщелоченных черноземов Зауралья хороший. При поверхностных 
обработках почва даже структурнее, чем при ежегодной вспашке (табл. 
1.1). Причем не только в глубоких слоях почвы, но и в верхнем обрабаты

ваемом слое, где скапливается значительное количество растительных 
остатков разной степени разложения, которые и препятствуют распылению 
верхнего слоя. Структурность почвы  динамична не только в течение лета, 
но и  по годам. Она зависит от условий проведения осенней обработки, 
перезимовки, времени и качества весенней обработки. 

Таблица 1.1

Агрегатный состав тяжелосуглинистого выщелоченного чернозема 

северной лесостепи Зауралья при разных способах обработки,  % во
допрочных агрегатов больше 0,25 мм 

(М. А. Глухих, В. Б. Собянин, 2000)

Год
Лущение
Вспашка

0-7
7-14
1421

2128

2835

0-7
7-14
1421

2128

2835

1954
55,9
61,0
69,5
77,9
51,2
51,4
60,0
70,8

1970
40,3
48,7
57,5
68,3
65,5
38,7
40,0
35,2
45,2
58,7

1971
40,2
46,2
54,0
64,2
68,2
38,5
40,2
47,2
50,2
54,0

1972
32,5
46,7
59,0
64,5
66,2
30,5
36,2
34,5
50,7
60,5

1973
56,0
66,5
77,5
80,7
81,7
51,5
53,7
56,5
62,0
63,7

1974
52,5
64,3
72,0
77,3
78,0
60,5
56,5
54,5
61,7
73,3

Однако разница между способами обработки почвы по структурности в 

целом невелика (табл. 1.2). Водопрочность почвы во всех случаях оценивается как хорошая (40-60 %).

То же самое отмечается и при обоаботке среднесуглинистого выщело
ченного чернозема южной лесостепи Зауралья. При  ежегодной вспашке на 
25-27 см в слое 0-30 см агрегатов размером 0,25-10 мм здесь в среднем 
содержится  52,5 %, при плоскорезной обработке на ту же глубину – 48,4, 
плоскорезной  на 10-12 см – 48,6 % и при чередовании вспашки с мелкой 
плоскорезной обработкой через год – 54,1 %. Их водопрочность соответственно составляет  47,3;  47,0;  51,5;  47,5 % (А. П. Попов). 

Сильнее распыляет почву лишь несвоевременная обработка. В благо
приятных же условиях интенсивность окисления органического вещества в 
обработаной почве усиливается. А его некоторые фракции, подобно цементу, скрепляют частицы почвы в структурные отдельности. Однако каждая почва имеет свой интервал оптимальной влажности агрегации, или 
структурообразования. Он выше и шире для почв тяжелых и высокогу