За последние десятилетия климат Центрального Черноземья заметно изменился, а с ним и режим влажности почвы. Отличительной особенностью функционирования черноземов стал повышенный температурный фон при изменении характера выпадающих осадков. От их объема, в свою очередь, зависит увлажненность почвенной толщи. Все это требует постоянных наблюдений, и такой работой мы сейчас плотно занимаемся.
Для нивелирования недостатка информации в этом направлении нужны исследования, охватывающие изучение водного режима всех основных компонентов агроландшафтов одновременно. Подобные объекты есть в Каменной степи, где уже больше ста лет выращивают сельхозкультуры. Два последних года мы проводили здесь исследования по изучению запасов продуктивной влаги в черноземных почвах. Изучен водораздельный компонент ландшафта, включающий лесную полосу № 40 1903 года посадки и примыкающие к ней участки пашни 1952 года распашки с запада и косимой залежи 1882 года с востока. Лесополоса примечательна уже размерами: ширина 106 м, длина 750 м. Залежь остается в режиме ежегодного сенокошения.
Наблюдения за содержанием продуктивной влаги шли весь вегетационный период в слоях 0–20, 20–50 и 50–100 см.
Поскольку на исследуемом водораздельном участке уровень грунтовых вод располагается на глубине 6–8 м, характер изменения запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы определялся за счет осадков. Их годовая сумма изменялось в пределах от 382 до 750 мм. Наибольшим количеством осадков характеризовались условия 2022 года, когда выпало 750 мм при среднем количестве 438,4 мм. Превышение над среднемноголетним на уровне 300 мм. За все время наблюдений в Каменной степи только в 1925 году величина осадков была в пределах 826 мм. При сопоставлении многолетних метеорологических показателей погодных условий и элементов водного баланса почв установлено, что произошло усиление увлажненности черноземов, изменившее их генетические признаки и свойства. Большая степень увлажнения в текущих условиях может послужить пусковым механизмом активизации процессов гидроморфизма и появления ареалов сезонно переувлажненных почв.
По годовой сумме атмосферных осадков минимальным значением отличались условия 2020 года — тогда их выпало всего 382 мм. Самый острый дефицит влаги был во втором полугодии, снижение величины осадков составило 113 мм. Зато с января по июнь их объем оказался больше среднемноголетних значений — на уровне 240 мм. Промежуточное положение занял 2021 год, за который выпало 538 мм осадков, это почти на 100 мм превышает средние значения.
Рассматривая особенности климатических условий за теплый (май – август) и холодный периоды года, обязательно нужно отметить вот что. Масса осадков за холодный период (сентябрь – апрель) была больше среднемноголетних значений и варьировала от 224,9 мм в 2021 году до 355,5 мм в 2022-м при среднемноголетнем показателе 218,6 мм. Проявляется общая закономерность роста количества атмосферных осадков в холодный промежуток года.
В теплый период характер распределения атмосферного увлажнения складывался несколько иначе. Количество осадков за все годы исследований в основном было по большинству лет или ниже климатической нормы, или примерно на уровне среднемноголетних показателей. Исключением оказался 2022 год с объемом осадков за теплый период на уровне 245 мм, и это опережало среднемноголетние значения на 24,8 мм. Незначительное превышение отмечено в 2021 году, когда при среднемноголетней величине 220 мм выпало 235 мм.
Максимальное содержание влаги на косимой залежи мы отмечали в почвенном профиле сразу после снеготаяния. Из-за небольшого количества осадков в зимний период увеличения почвенной влаги до полного насыщения не наблюдалось. Увлажнение на уровне наименьшей влагоемкости (НВ) и наименьшей влагоемкости – полной водовместимости (НВ-ПВ) отмечалось ниже глубины 30 см. К концу августа влажность пахотного горизонта была на уровне устойчивого завядания растений (ВЗ).
Наблюдения показали, что в начале весны влажность почвы на пашне достигает значений НВ, а в подпахотном горизонте увеличивается до категории НВ-ПВ. К уборке и в следующий период влажность снижается до ВЗ-НВ, в пахотном горизонте до градаций ВЗ. При отсутствии осадков в осенний период 2020 года влажность упала до нулевого уровня. Водный режим черноземов как разновозрастных пашен, так и многолетней залежи Каменной степи можно определить как периодически промывной с дополнительным грунтовым увлажнением. Особый режим влажности складывался непосредственно под лесополосой: в течение всего года на уровне ВЗ-НВ. Лишь в начале весны верхние гумусовые горизонты в отдельные годы фрагментарно имели более высокую влажность, на уровне НВ.
Анализируя данные по увлажненности почвенного профиля на начало вегетации в среднем за 2020–2022 годы, можно отметить, что максимальные запасы продуктивной влаги были сосредоточены под лесной полосой. Эти полосы накапливают хорошие запасы почвенной влаги в зимне-весенний период. Для горизонта 0–20 см максимальные значения содержания продуктивной влаги лежали в пределах от 45 до 48 мм. В лесополосе максимумы по ее запасам отмечены и для остальных горизонтов: для 20–50 см интервал составил от 53 до 62 мм, для горизонта 50–100 см показатель колебался от 88 до 103 мм.
Минимальные значения по содержанию продуктивной влаги относились к пашне. Для горизонта 0–20 см они составили 32 мм на расстоянии 100 м от лесной полосы. Далее на большем удалении от нее запасы влаги в верхнем горизонте нарастали. На удалении 125 и 150 м от полосы значения содержания доступной влаги на пашне для слоя почвы 0–20 см достигли 35 и 37 мм соответственно.
Для горизонта 20–50 см пахотного участка рост продуктивной влаги при удалении от лесополосы шел еще заметнее: от 37 мм на удалении 25 м до 52 мм — в 125 м. Лишь в полутораста метрах объем влаги на пашне в горизонте 20–50 см немного снизился, до 50 мм. Для горизонта 50–100 см также сначала наблюдалось нарастание влагозапасов с 66 до 79 мм при удалении от лесной полосы с 25 до 100 м. Далее, на расстоянии 125 и 150 м от полосы, происходило снижение содержания продуктивной влаги на пашне до значений 67 и 64 мм соответственно.
Если на пашне при удалении от лесополосы запасы нарастали, то на залежи они сокращались: для горизонта 0–20 см с 41 до 38 мм при удалении от лесной полосы с 25 до 50 м, для горизонта 20–50 см — от 54 до 50 мм, для горизонта 50–100 см — с 85 до 78 мм.
К концу вегетации запасы продуктивной влаги здесь значительно снизились. Для слоя 0–20 см среди объектов исследования максимум запасов по-прежнему принадлежал лесной полосе, в частности, восточной опушке (21,8±0,9 мм), то есть снижение запасов произошло более чем в два раза по сравнению с началом вегетации. Минимальные значения запасов в слое 0–20 см для лесополосы отмечены на западной опушке (12,7±2,0 мм), это почти вчетверо меньше предыдущих наблюдений весной. В течение вегетации шло постепенное иссушение верхнего почвенного слоя за счет потребления влаги травянистой растительностью и преобладающих юго-западных ветров.
Минимальные значения запасов влаги в слое почвы 0–20 см среди объектов исследования были зафиксированы на залежи (7,6 мм). По сравнению с лесной полосой снижение запаса продуктивной влаги здесь произошло соизмеримо — в среднем на 30 мм. Но если будем рассматривать потери влаги в абсолютном выражении, то снижение было в пять раз. То есть к концу августа влажность пахотного горизонта на залежи была на уровне устойчивого завядания растений.
Промежуточное значение по запасам влаги в слое 0–20 см на конец вегетации заняла пашня. Максимальные значения зафиксированы вблизи лесной полосы и на максимальном удалении от нее (150 м) — в среднем 18 и 16 мм соответственно. Она оказала благоприятное влияние на прилегающую пахоту в сохранении влаги, минимальные значения запасов отмечены в 75 м от лесополосы — 11 мм. Таким образом, основные запасы влаги пахотного горизонта использовались на развитие сельскохозяйственных растений в течение вегетации.
Для слоя почвы 20–50 см максимум сместился с лесополосы на пашню. Значения по удаленности от этой полосы были соизмеримы и лежали в интервале от 28 до 37 мм. Минимальные значения для такого горизонта зафиксированы также на залежи. При удалении от лесополосы на 25 и 50 м запасы продуктивной влаги были 20 и 7,6 мм соответственно. Лесополоса заняла промежуточное положение. Запасы влаги уменьшились по сравнению с началом вегетации в 3,5 раза и были в интервале от 20,7 до 23 мм.
Максимальные значения запасов влаги на пашне отмечены и для слоя почвы 50–100 см. При удалении от лесополосы абсолютные значения по содержанию влаги увеличивались с 41 до максимальных 59,4±3,3 мм на расстоянии 75 м. При дальнейшем удалении до 150 м происходило постепенное снижение запасов влаги в слое 50–100 см до 47,5±5,5 мм. На всех исследованных точках на пашне снижение запасов влаги по сравнению с началом вегетации для слоя почвы 50–100 см произошло в среднем в 1,5 раза. Минимум по запасам влаги в этом горизонте сместился с залежи в центр лесной полосы и составил 32 мм. Потери запасов влаги в лесной полосе оказались максимальными для данного слоя среди всех объектов исследования. Абсолютные значения содержания доступной влаги уменьшились в 2,5 раза по сравнению с началом вегетационного периода. Залежь при этом заняла промежуточное положение. Интервал значений запаса влаги на этом участке исследований для данного горизонта составил от 38 до 47 мм. То есть снижение по сравнению с весенними запасами произошло в два раза.
Юрий Чевердин, доктор биологических наук, заведующий отделом агропочвоведения Воронежского федерального аграрного научного центра им. В. В. Докучаева
Фото автора