В мире за последние годы экологическое состояние почвы, которая является неотъемлемой частью биосферы мира, ухудшилось и в некоторых регионах приближается к оврагу. Проводится ряд исследований по определению формирования и развития почв при долгосрочном использовании в сельском хозяйстве, изменений агроэкологического состояния и свойств, морфогенетической структуры, качественной оценки и уровни плодородия предотвращения негативных процессов, влияющих на ее плодородие. Также особое внимание уделяется исследованиям, направленным на решение комплексных агроэкологических задач повышения урожайности сельскохозяйственных культур на орошаемых гидроморфных почвах в результате возрастающей из года в год водной, ветровой эрозии, засоления, загрязнения тяжелыми металлами, токсичными веществами и других процессов.

Для решения этих задач важно определить агроэкологическое, мелиоративное состояние и почвенные свойства орошаемых земель Центральной Ферганы, проанализировать факторы, влияющие на снижение продуктивности почв, и повысить их плодородие.

Некоторые агромелиоративные характеристики и другие особенности гидроморфных почв и их изменения, происходящие под влиянием земледелия агрохимические, физико-химические и мелиоративные изменения, качественной оценки и эффективного использования были проведены такими учеными, как Б.В. Горбунов, Н.В. Кимберг [1], О.К. Камилов [2], Г. Юлдашев [3], А.Т. Турдалиев [4], В.Ю. Исаков, У.Б. Мирзаев, М.А. Юсупова [5], З.А. Жаббаров, Б.Т. Жобборов [6, 7], К.А. Давронов [8], О.Н. Сулаймонов, Х.Х. Аскаров [9], Ш.Я. Эшпулатов [10], К.А. Аскаров [11], М.М. Хайдаров [12] и др.

Целью исследования является определение агрохимического, агроэкологического состояния орошаемых гидроморфных почв Центральной Ферганы и их изменений под влиянием орошаемого земледелия.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены по стандартным методам, общепринятым в почвоведении в полевых, лабораторных и камеральных условиях, в исследованиях использовались морфологический, педогеохимический, сравнительно-исторический, химико-аналитический и профильные методы, в том числе химический анализ по прописи «Руководство по химическому анализу почв» Е.В. Аринушкиной [13], элементный анализ почвы проведен нейтронно-активационным методом, полевые опыты на основе пособии «Методика полевых опытов с хлопчатником в условиях орошения».

Объектом исследования являются новоосвоенные, ново- и староорошаемые луговые сазовые, лугово-такырные почвы, сформировавшиеся на аллювиальных и аллювиально-пролювиальных отложениях Центральной Ферганы грунтовые воды, пшеница и литературные, фондовые материалы. Исследования проводились на основе методов и приемов, принятых в почвоведении, в полевых, камеральных и лабораторных условиях, образцы почвы взяты распределенные в Куштепинском, Алтыарикском, Язёванском районах Ферганской области (24 разреза), в Мингбулакском районе Наманганской области и в Бозском и Улугнарском районах Андижанской области (12 участков) в новоосвоенных, ново- и староорошаемых луговых сазовых, лугово-такырных почвах в соответствии с генетическими горизонтами для агрохимических, химических исследований, а также из пахотных и подпахотных горизонтов вокруг основных разрезов. На некоторых участках также были отобраны отдельные образцы из гипсовых горизонтов и проведены соответствующие анализы.

Результаты исследования и их обсуждение

В Центральной Фергане под влиянием минерализованных грунтовых вод формировались засоленные в разной степени луговые сазовые, лугово-такырные почвы, и их материнская порода состоит из аллювиально-пролювиальных отложений. Они относятся в основном к легко- и среднесуглинистым, а иногда тяжелосуглинистым почвам [3, 4].

Отмечено, что новоосвоенные луговые сазовые почвы на территории фермерского хозяйства «Фар-Исабойота» Язёванского района Ферганской области в настоящее время превратились в новоорошаемые луговые сазовые почвы, что можно объяснить тем, что пахотные горизонты этих почв увеличены до 30–35 см. В то же время количество гумуса и элементов питания в пахотных и подпахотных горизонтах изученных орошаемых почв низкое, что связано с ослаблением жизнедеятельности живых организмов и микробиологической активности в почве в результате избыточного и хронического применения пестицидов и минеральных удобрений в сельском хозяйстве.

По почвенным картам института «Узгипрозем» 1972 и 1984 гг. почвы, распределенные в зоне разреза 20А, относятся к новоосвоенным, а почвы, распределенные в зоне разрезов 24А и 35А, – к новоорошаемым. На основании полевых исследований, изменений морфологических характеристик почв и правил, принятых в почвоведении, можно отметить, что изменился уровень их окультуренности, т.е. к настоящему времени почвы разреза 20А превратились в новоорошаемые луговые сазовые почвы. Новоорошаемые почвы разреза 24А и 35А переведены в категорию староорошаемые луговые сазовые и лугово-такыровые почвы.

В результате антропогенного воздействия произошел ряд изменений в морфологических характеристиках почв разного уровня орошения. К настоящему времени установлено, что новоосвоенные почвы переведены в категории → новоорошаемых почв, новоорошаемые луговые сазовые, лугово-такырные почвы → староорошаемые луговые сазовые, лугово-такырные почвы. Староорошаемые лугово-такырные почвы трансформированы в → староорошаемые луговые сазовые почвы.

Гранулометрический состав орошаемых луговых сазовых, лугово-такырных почв средне- и легкосуглинистый, в зависимости от почвообразующей породы, иногда наблюдается на тяжелосуглинистых горизонтах, которые являются результатом длительного орошения. По мере утяжеления гранулометрического состава в лучшую сторону изменяются и общие физические свойства, и агрохимический состав почв.

Количество гумуса в пахотных горизонтах участков староорошаемых почв составляет около 1,140–1,405 %, в то время как в пахотных горизонтах участков новоорошаемых почв оно колеблется в пределах 0,820–0,960 %. Видно, что содержание гумуса в староорошаемых почвах выше, чем в новоосвоенных и новоорошаемых почвах. Соотношение C:N в горизонтах почвы находится в пределах 5,7–6,7.

Рис. 1. Динамика изменения гумуса, валового азота, фосфора и калия в пахотных слоях

Гумус коррелирует с валовым содержанием азота, и закон изменения содержания азота в исследованных орошаемых луговых почвах распространяется почти параллельно с содержанием гумуса. Уровни валового фосфора колеблются в пределах 0,210–0,345 % во всех изученных почвенных разрезах, в то время как валовое содержание калия колеблется в пределах 1,61–1,94 %.

Исследуемые почвы по количеству подвижных элементов питания относятся к группе, менее обеспеченной этими элементами [14].

В исследованных новоосвоенных, новоорошаемых почвах наблюдается низкий уровень общего азота, фосфора и калия, а также гумуса. Однако в более староорошаемых почвах уровни общего азота, фосфора и калия выше, чем в вышеупомянутых горизонтах почвы (рис. 1) [15].

Также на орошаемых луговых сазовых и лугово-такырных почвах среднеквадратичные отклонения составляют ± 9,17 при средних значениях гипса и сульфата магния 0,241 и 0,329, средняя ошибка составляет 2,16 при коэффициенте вариации ± 37,9, а коэффициент корреляции 0,9, ошибка коэффициента корреляции ± 3,01. Это означает, что, если в почве много гипса, количество соли сульфата магния также будет увеличиваться, и эта ситуация была подтверждена в вышеупомянутых почвах.

В связи со специфическими почвенно-климатическими условиями Центральной Ферганы эти почвы являются гипсированными и карбонатными, а также типом хлоридно-сульфатного засоления, сухой остаток после промывок относительно высок, сухой остаток в изучаемых луговых сазовых, лугово-такырных почвах колеблется около 0,505–0,926 %, как и ожидалось, наивысший показатель соответствует гипсу.

Сульфат магния стоит на втором месте после гипса, и положительная корреляция между ними составляет 0,9, в процессе промывания наблюдается вымывание хлористых солей до пределов нормы.

Согласно полученным данным, содержание Na+ и Mg+2 в генетических горизонтах староорошаемых и новоорошаемых лугово-такырных, луговых сазовых почв колеблется в пределах 0,42–2,57 %. Их содержание в пахотных горизонтах составляет 0,71–0,92 %. Практически одинаково расположены количества натрия и магния в генетических горизонтах староорошаемых почв, но в общем порядке количество Mg+2 больше, чем Na+.

Другие элементы в горизонтах лугово-такырных, луговых сазовых почв, наибольшее количество приходится на Са, за ним следуют Fe и К. Ba и Rb дифференцируются при наименьших значениях.

В целом количество элементов Ca, Mg и Sr почти во всех горизонтах разрезов лугово-такырных, луговых сазовых почв в несколько раз больше, чем в кларке литосферы.

Изученные элементы являются фоном для этих горизонтов почв и образуют следующий ряд:

Ca 10,43 > K 1,89 > Fe 1,87 > Mg 1,07 > Na 0,92 > Sr 0,10 > Ba 0,06 > Rb 0,007.

Тяжелые металлы – это самые распространенные поллютанты. Ими особенно сильно загрязнены почвы в старых городах с длительной промышленной историей. Тяжелые металлы, распространяемые аэральным путем, рассеиваются на большие расстояния вокруг металлургических заводов, тепловых станций, сжигающих уголь, и других предприятий, оседают на ближайших сельскохозяйственных угодьях. В сельскохозяйственные земли тяжелые металлы попадают из органических и минеральных удобрений, мелиорантов, средств защиты растений.

Формы, аккумуляция и миграция тяжелых металлов и металлоидов, лантаноидов в почве в составе лугово-такырных, луговых сазовых почв зависят от различных факторов. На основании данных, полученных по результатам анализа, были разработаны фоновые количества и выражены в виде геохимических спектров изучаемых элементов для орошаемых лугово-такырных, луговых сазовых почв.

Фоновые количества лантаноидов и радионуклидов лугово-такырных почв, 10-4 %:

;

Фоновые количества лантаноидов и радионуклидов луговых сазовых почв, 10-4 %:

.

Рис. 2. Количества КК элементов в пахотных горизонтах

На диаграмме (рис. 2) представлены количества КК микроэлементов в пахотных горизонтах лугово-такырных, луговых сазовых почв разной окультуренности.

Результаты лабораторных анализов о количестве химических элементов в почве обработаны по предельно допустимой концентрации элементов (ПДК) и уровням опасности. Исследуемые лугово-такырные, луговые сазовые почвы подвергнуты экологической оценке и представлены в таблице (таблица).

На основании данных таблицы можно отметить, что уровень экологической опасности орошаемых луговых почв низкий по элементам никеля, мышьяка, кобальта и цинка, т.е. уровень экологической опасности орошаемых лугово-такырных почв высокий, по мышьяку, что составляет 5,88, затем уменьшается содержание никеля (1,53), кобальта (1,48) и цинка (1,23).

Уровень экологической опасности в луговых сазовых почвах по мышьяку (5,04), за ним следуют никель (3,41), кобальт (1,57) и цинк (1,27). По элементу сурьма обе почвы относятся к группе экологически безопасных, т.е. ее значения равны 0,33 и 0,29 соответственно.

Опасность тяжелых металлов и мышьяка в орошаемых лугово-такырных почвах занимают ряд Sb < Zn < Co < Ni < As, оцениваются как слабые, в орошаемых луговых сазовых почвах наблюдается такая же закономерность, но опасность снижается.

Экологическая оценка орошаемых лугово-такырных и луговых сазовых почв

Заключение

В результате антропогенного воздействия произошел ряд изменений в морфологических и других характеристиках почв разного уровня орошения. К настоящему времени установлено, что новоосвоенные почвы переведены в категории → новоорошаемых почв, новоорошаемые луговые сазовые, лугово-такырные почвы → староорошаемые луговые сазовые, лугово-такырные почвы. Староорошаемые лугово-такырные почвы трансформированы в → староорошаемые луговые сазовые почвы.

Количество гумуса в пахотных горизонтах почвенных разрезов староорошаемых луговых сазовых, лугово-такырных почв составляет около 1,140–1,405 %, а в почвенных разрезах новоорошаемых почв колеблется в пределах 0,820–0,960 %. По содержанию гумуса староорошаемые луговые сазовые, лугово-такырные почвы выше, чем в новоосвоенных и новоорошаемых почвенных разрезах, и относятся к группе умеренно обеспеченных. Валовое содержание фосфора в почвенных разрезах колеблется в пределах 0,210–0,345 %, валовое содержание калия колеблется в пределах 1,61–1,94 %. По количеству подвижных элементов питания эти почвы относятся к низкообеспеченной группе.

Орошаемые лугово-такырные и луговые сазовые почвы имеют низкий уровень экологической опасности по содержанию никеля, мышьяка, кобальта и цинка, то есть в орошаемых лугово-такырных почвах самый высокий показатель у мышьяка (5,88), за ним следует никель (1,53), кобальт (1,48) и цинк (1,23) соответственно. Это состояние сохраняется с относительно высокими показателями для луговых сазовых почв. По элементу сурьма оба почвы относятся к группе экологически безопасных, т.е. их значения равны 0,33 и 0,29 соответственно.