Спросить
Войти
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВ
А.В. Литвинович, О.Ю. Павлова, В.Ф. Дричко
Агрофизический научно-исследовательский институт
Дерново-подзолистые почвы характеризуются ярко выраженной неоднородностью свойств, обусловленной природными факторами и антропогенным воздействием.
С появлением концепции «точного» земледелия усилился интерес к изучению вариабельности почвенных параметров, что подтверждают данные неоднородности агрохимических показателей внутри почвенных массивов (Лагутинская, 1967; Поляков, Ежов, 1976; Гришина, Моргун, 1978; Прохорова, Фрид, 1993 и др.).
Существующие методы агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий направлены на отбор оптимального количества индивидуальных почвенных проб, обеспечивающих представительность смешанного образца, под которой понимается его адекватность составу объекта. Количество проб определяют варьированием агрохимических показателей в исследуемом слое почвы.
Согласно Методическим указаниям по агрохимобс-ледованию почв сельскохозяйственных угодий (1982), смешанный образец с одного контура должен быть составлен из 20-40 проб. В рекомендациях по проведению VI тура агрохимобследования усреднению подлежат не менее 30 отдельных образцов. Разбивку угодий на элементарные почвенные участки осуществляют в зависимости от количества применяемых фосфорных удобрений (Методические указания по проведению мониторинга плодородия земель ЦИНАО, 2003).
В.П. Якушев, Р.А. Полуэктов, Э.И. Смоляр, А.Г. То-наж (2001) ставят вопрос о недопустимости использования традиционной системы отбора образцов в связи с резко гетерогенными почвенными условиями. В то же время А.В. Пуховский (2003) считает, что отбор и анализ смешанных проб следует использовать в агрохимическом обследовании, однако для оценки погрешности пробоотбора необходимо учитывать степень неоднородности обследуемого участка, которую можно оценить с помощью экспресс методов.
Цель настоящих исследований - оценить пространственную неоднородность величины рН в пахотных дерново-подзолистых почвах Северо-Запада Нечерноземной зоны и установить влияние методов пробоотбора на получаемую информацию.
Объект №1 расположен на территории АО «Триумф» Выборгского района Ленинградской области. Почва - пахотная дерново-подзолистая среднесуглинистая неизвесткованная (площадь 0,8 га).
Объект №2 расположен на территории Ленинградской плодооовощной опытной станции (пос. Динамо). Почва - пахотная дерново-подзолистая среднесуглинистая неизвесткованная (площадь 6,5 га).
Объект №3 расположен на территории АО «Кобралово» Гатчинского района Ленинградской области. Почва - дерново-подзолистая тяжелосуглинистая свежепроизвесткован-ная. Доза известняковой муки - 8 т/га (площадь 5,3 га).
Объект №4 расположен в Киришском районе Ленинградской области. Почва - пахотная дерновоподзолистая среднесуглинистая неизвесткованная (искусственно оконтуренный участок площадью 20 м2).
Влияние различного количества индивидуальных почвенных проб на величину рНКС1 смешанного почвенного образца, создание которого предусмотрено методиками агрохимического обследования почв (1982, 1986), устанавливали на объектах №№1-3. Для этого по диагонали участков два почвоведа параллельно на расстоянии 10 м друг от друга тростевым буром отбирали образцы. Смешанные пробы составляли из 10, 20, 30, 40, 50, 60 и 70 индивидуальных проб, отобранных каждым почвоведом. Параллельная работа давала возможность выявить погрешность пробоотбора, зависящую от так называемого «человеческого фактора».
Пространственную однородность величины рН определяли внутри объектов №2 и №3, отбирая по 30 индивидуальных проб внутри каждого массива двумя почвоведами. Пробы анализировали раздельно.
Отбор образцов на объекте №3 осуществляли без заделки мелиоранта. Основанием для этого служил экспериментально установленный факт ускоренного протекания реакции известь - почва в суспензии 1н раствора КС1 (Небольсин, 1979). При этом сдвиг рН пропорционален количеству внесенной извести (Алексеев, Литвинович и др., 1989).
Изменение вариабельности показателя рН после известкования устанавливали на контуре №4. До известкования по диагонали участка отобрано 8 индивидуальных проб. После известкования, в результате которого 5 кг стандартной известняковой муки было вручную распределено по поверхности площадки, было отобрано 10 индивидуальных проб. Пробы в обоих случаях анализировали отдельно.
Глубина погружения бура - 20 см. Анализ почвенных проб проводили на потенциометре ЭВ-74 согласно ГОСТ 26483-85. Данные определений обрабатывали статистически.
Почва объекта №1 характеризуется кислой реакцией среды (табл. 1). Последовательное возрастание количества индивидуальных проб, используемых для создания смешанного образца, практически не влияло на точность определения. Репрезентативность усредненной пробы достигалась уже при смешении 10 индивидуальных образцов. Разности рН не превышают 0,01 ед.
Объект №2 характеризовался большей природной пестротой величины рН внутри массива. Колебания средних значений рН образцов, составленных из различного количества индивидуальных проб, были от 4,54 до 4,69 ед. Десяти отдельных образцов при составлении репрезентативного образца оказалось недостаточно. Совпадение значений рН между трансектами достигнуто при усреднении 30 индивидуальных проб. Таким образом, и в данном случае следует констатировать высокую точность воспроизведения результатов при использовании традиционного метода отбора.
Количество индивиду-альных проб Объект №1 - 0,8 га (Выборг) Объект №2 - 6,5 га (пос. Динамо) Объект №3 - 5,3 га (пос. Кобралово)
Более полное представление о пространственной неоднородности показателя рН внутри изучаемого массива (по 30 определений от двух почвоведов) дает статистический анализ индивидуальных образцов. В данном случае размах колебаний значений рН у первого почвоведа: 4,35-4,95 при среднем значении 4,58±0,20 (коэффициент вариации 4,4%), у второго - 4,32-5,00 ед. при среднем значении 4,58±0,18 (коэффициент вариации 3,7%). Следует отметить, что среднее арифметическое показателей рН из 30 проб совпало с величиной рН смешанного образца такого же количества проб (табл. 1). Близость параметров для обоих массивов измерений позволяет объединить их в одну выборку из 60 проб, для которой среднее значение рН равно 4,58±0,19. Однако анализ гистограмм выявил явную неоднородность (внутреннюю структуру) как отдельных выборок, так и их объединенного ряда. Число интервалов для построения гистограмм выбирали в соответствии с общепринятыми рекомендациями.
Каждая выборка может быть представлена, по крайней мере, суммой двух независимых нормальных распределений вида:
pH т 42
N = Nтах ехр
где N - плотность распределения, равная числу проб, приходящихся на выбранный интервал рН; Nmax - максимум пика рассеяния; рНтах1 - значение рН, соответствующее максимуму распределения; - среднеквадратичное отклонение (СКО), характеризующее ширину пика рассеяния.
Общая выборка на неизвесткованном поле характеризуется параметрами рН1тах = 4,5 и рН2тах = 4,8 и соответствующими им средними квадратичными отклонениями С1 = 0,2 и с2 = 0,2 (табл. 2), а отношение числа образцов, составляющих 1-е и 2-е распределение, равно 2,06. Параметр с1 характеризует ширину пика нормального распределения, а его отношение к среднему значению равно коэффициенту вариации распределения. Таким образом, неизвесткованая, но находящаяся в эксплуатации почва, разделена на две (может быть, больше) неоднородные по кислотности группы. О причинах такого разделения говорить сложно. Вероятно, полимодальность распределения свойственна всем неизвесткованным сельскохозяйственным почвам, но это предположение нуждается в дополнительной проверке.
Информация о величине рН в отдельных точках контура позволяет тщательнее подходить к установлению дозы применения мелиоранта. По рекомендациям А. Н. Небольсина и З.П. Небольсиной (2005), для почв суглинистого гранулометрического состава нормального увлажнения с содержанием гумуса менее 5% доза известняковой муки при рН 4,3-4,4 (15 точек внутри массива у первого почвоведа и 14 определений у второго) равна 7 т/га, при рН 5 (одно определение) рекомендованная доза составляет 5 т/га. Следовательно, единичная проба не отражает точную картину поля, а использование мелиоранта в дозе рассчитанной по усредненному показателю рН внутри массива приведет к тому, что отдельные точки поля будут находиться в недостаточной, а другие в избыточной удобренности.
В наших исследованиях предстояло оценить варьирование величины рН внутри почвенного массива непосредственно после известкования (объект №3). При работе первого почвоведа рН смешанных образцов, составленных из различного количества проб, колебался от 6,95 до 7,35 ед., у второго: 6,91-7,10. Практически полное совпадение величин рН было достигнуто при объединении 40 индивидуальных проб (см. табл. 1).
При точечном анализе установлено следующее. Как и на непроизвесткованном поле, отсутствуют значимые различия между выборками, полученными двумя почвоведами. Исходные и объединенная выборки хорошо ап-роксимируются нормальным законом распределения (см. табл. 2). Величина рН внутри массива у первого почвоведа колебалась от 5,5 до 7,5 ед., у второго от 5,5 до 7,4. Коэффициент вариации внутри первой трансекты составил 17 %, второй - 14% и объединенной - 18 %. Полученные данные свидетельствуют о значительно более высокой вариабельности показателя рН внутри известкованного массива, чем неизвесткованного, что объясняется в основном неравномерным оседанием частиц мелиоранта на поверхность поля. Следовательно, на произвесткованном поле условия произрастания растений будут различны по территории, что приведет к увеличению варьирования урожая растений по обследуемой площади.
Коэффициент корреляции величин рН между обеими трансектами составил: г=0.33. Слабая корреляция величин рН между трансектами свидетельствует о независимости результатов, полученных обоими почвоведами.
Достигнутый в результате известкования уровень рН смешанных проб позволяет оценить проведенное известкование как качественное.
Для почв тяжелосуглинистого и глинистого гранулометрического составов оптимальный уровень рН для кормовых и овощных севооборотов должен составлять величину, равную 7,0 ед. по 8 определений у обоих почвоведов. Во всех других точках было внесено или недостаточное или избыточное количество мелиоранта.
В целом современные технологии применения мелиорантов даже при добросовестной работе механизаторов приводят к возрастанию почвенной неоднородности. Согласно рекомендациям по известкованию кислых почв (1982), допустимая неравномерность распределения известковых материалов по поверхности не должна превышать ±30%. В реальных условиях сельскохозяйственного производства неравномерность распределения известковых материалов по поверхности поля значительно больше, что является следствием нарушения технологической дисциплины при проведении работ.
Многолетние наблюдения А.Н. Небольсина и З.П. Небольсиной (1997) за мелиорируемыми почвами позволили
им придти к выводу, что в реальных условиях произвесткованная почва - это гетерогенная система, где наряду с нейтрализованной до разного уровня кислотности почвы существуют очаги кислой реакции и частицы еще непрореагировавшей извести. За счет технологических обработок неоднородность почвенных свойств снижается. Равномерное внесение извести может способствовать снижению природной вариабельности кислотно-основных свойств. Так, колебания величины рН пахотного горизонта объекта №4 площадью 20 м2 до известкования составляли от 4,27 до 4,85 ед. Коэффициент вариации 5,2%. Заметим, что размах колебаний величины рН (0,58 ед.) в данном случае был таким же, как и внутри контура площадью в 6,5 га (объект №2). По-видимому, вклад варьирования величины рН на малых расстояниях в оценку общей пространственной вариабельности внутри массивов может быть весьма значителен, что следует учитывать при агрохимическом обследовании сельскохозяйственных угодий. После распределения извести по поверхности поля вручную варьирование величины рН внутри контура снизилось: 4,60-4,92 (0,32 ед.).
Таким образом, высокая вариабельность кислотно-основных свойств внутри отдельных почвенных контуров исключает возможность ориентироваться на результаты обследования, предусмотренного современными методиками, и убеждает в необходимости разработки и использования новых систем опро-бывания, которые более адаптированы к гетерогенным условиям поля.
Традиционные технологии известкования не позволяют эффективно использовать мелиоранты и приводят к возрастанию пространственной неоднородности кислотно-основных свойств.
ности неизвесткованного и произвесткованного полей (индивидуальные образцы)
Параметр Неизвесткованное поле, объект №2
рНгаах1 4,4 4,5 4,5
рНгаах2 4,7 4,8 4,8
рНгаах3 4,9 - 01 0,2 0,2 0,2
Известкованное поле, объект №3
рН1 6,9+0,2 7,0+0,1 7 ±0,1
R2 0,7445 0,8342 0,9392
R2 - оценка подгоночной функции
ИНФОРМАЦИЯ о конференции в Украине
Конференция стала логическим продолжением прошлогодней Международной конференции «Нормирование водопользования в орошаемом земледелии», которая была проведена на базе Херсонского государственного аграрного университета 14-16 сентября 2005 г. и где впервые был рассмотрен вопрос разработки и внедрения ГИС-технологий в мелиорацию и водное хозяйство. Историческое значение конференции 2005 г., как было отмечено в Материалах Делегатского собрания VII съезда Украинского общества почвоведов и агрохимиков (июль 2006 г.), состоит в том, что она положила начало возрождению научно-технического сотрудничества ученых стран СНГ (гидромелиораторов, почвоведов, гидрогеологов, агрономов, экологов), занимающихся разработкой, усовершенствованием и внедрением нормирования водопользования и водоотведения.
В работе конференции приняли участие около 200 человек - ученые и специалисты из Украины, России, Белоруссии, Казахстана, Германии, Великобритании, Швеции, Франции. Среди них - 7 академиков и членов-корреспондентов отраслевых академий наук Украины, 28 докторов наук, 54 кандидата наук, 39 научных сотрудников, 40 ассистентов, аспирантов, магистров. Было заслушано 93 доклада. Активное участие в конференции приняли студенты 6 курса гидромелиоративного факультета Херсонского государственного аграрного университета, которые обучаются на специализации «Геоинформационные системы (ГИС) и технологии в управлении водными и земельными ресурсами».
По результатам конференции изданы: Таврийский научный вестник №45, Материалы и Тезисы конференции. Оргкомитетом определена дата следующей Международной конференции по ГИС-технологиям, которая состоится 24-25 мая 2007 г.
