Eurasian Soil ScienceEurasian Soil Science0032-180X3034-5618Russian Academy of Science10.31857/S0032180X22601438Quantitative Characteristics of the Microstructure of Typical Chernozems Using Different Agricultural TechnologiesКоличественная характеристика микростроения типичных черноземов при использовании разных агротехнологийYudinS. A.ЮдинС. А. yudin_sa@esoil.ruПочвенный институт им. В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Science Institute010620236774786

The methodological possibilities of micromorphological soil research making it possible to analyze digital images of soil thin sections at a quantitative level are presented in this study. A new software Thixomet Pro has been tested for quantitative micromorphological study of sail on the example of soil thin sections from the surface horizons of Haplic Chernozem. Soil samples for preparing thin sections were collected on the territory of scientific and industrial field test plot for assessing the impact of agro technologies in grain crop rotation on soil properties (Kursk region, Russia). In the field test plot, conventional agro technology (real tillage) and no-till are compared. Soil sampling was carried out in two replications from depth of 10–15 cm. The analysis revealed the variability of microstructure of Haplic Chernozem in the size, shape and orientation of aggregates associated with the use of agricultural technologies with and without plowing in grain crop rotation. In the Сhernozem with no–till, aggregates are generally larger compared to the aggregates of Сhernozem with conventional agro technology. This is noted at all levels of comparison of direct seeding and conventional agricultural technology: in the minimum diameter, the fraction 1–2 mm prevails against 0.25–0.5 mm, respectively, in the average diameter, fractions 1–2, 2–3 and 3–5 mm prevail against 0.5–1 and 0.25–0.5 mm, respectively, in the maximum diameter, fractions 1–2, 2–3 and 3–5 mm prevail against 0.5–1, 0.25–0.5 and 1–2 mm, respectively. It is also shown that less rounded and isometric aggregates are formed during direct seeding. With direct seeding, the proportion of aggregates with a form factor of 0.2–0.4 is higher and the proportion of aggregates with a form factor of 0.4–0.6 is lower than with traditional technology. The proportion of subhorizontal aggregates in direct seeding is higher compared to traditional processing (54.3 and 34.1% respectively).

Представлены методические возможности микроморфологического исследования почв, с применением программного обеспечения, позволяющего делать цифровую съемку шлифов с большим разрешением и на количественном уровне анализировать шлифы по характеру пористости, диаметру пор, форме и ориентации агрегатов, т.е. параметрам, характеризующим строение почв на микроуровне. Проведена апробация нового программного обеспечения Thixomet Pro для количественного микроморфологического изучения почвенных шлифов на примере типичных черноземов (Haplic Chernozem) научно-производственного опыта (Курская область) по оценке воздействия агротехнологий в зерновом севообороте: традиционной технологии и прямого посева – на фракционный состав агрегатов, их форму и ориентацию. Микроморфологический анализ шлифов с использованием программного обеспечения Thixomet Pro выявил вариабельность микростроения типичных черноземов в размерности фракций, форме и ориентации агрегатов, связанную с использованием в зерновом севообороте двух различных агротехнологий, применяющих обработку почв (вспашка с оборотом пласта) и не применяющих ее (прямой посев, no-till). В черноземе варианта прямого посева агрегаты в целом более крупные, что отмечается при сравнении с агрегатами чернозема варианта традиционной обработки на всех уровнях диаметра агрегатов: минимального, среднего и максимального. Тем не менее, при прямом посеве в агрегатном составе преобладают агрономически ценные фракции, характерные для устойчивой структуры целинных почв. Показано, что при прямом посеве формируются менее округлые и изометричные агрегаты, а доля субгоризонтально залегающих агрегатов по сравнению с традиционной обработкой повышена, что способствует сохранению влаги в поверхностном горизонте.

микроморфология морфометрия почв Haplic Chernozem прямой посев no-tillмикроморфология морфометрия почв Haplic Chernozem прямой посев no-tillБелобров В.П., Юдин С.А., Айдиев А.Я., Ермолаев Н.Р., Лебедева М.П., Абросимов К.Н., Борисочкина Т.И., Воронин А.Я., Плотникова О.О. Чернозем типичный. Прямой посев, Курская область. Опыт, ротация 1.1. М.: ГЕОС, 2021. 128 с. https://doi.org/10.34756/GEOS.2021.16.37873Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.Глобальный климат и почвенный покров России: опустынивание и деградация земель, институциональные, инфраструктурные, технологические меры адаптации (сельское и лесное хозяйство) / Под ред. Эдельгериева Р.С.-Х. Т. 2. М.: Изд-во МБА, 2019. 476 с.Горбов С.Н., Безуглова О.С., Абросимов К.Н., Скворцова Е.Б., Тагивердиев С.С., Морозов И.В. Физические свойства почв Ростовской агломерации // Почвоведение. 2016. № 8. С. 964–974. https://doi.org/10.7868/S0032180X16060034Дридигер В.К., Стукалов Р.С., Матвеев А.Г. Влияние типа почвы и ее плотности на урожайность озимой пшеницы, возделываемой по технологии No-till в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края // Земледелие. 2017. № 2. С. 19–22.Дридигер В.К., Невечеря А.Ф., Токарев И.Д., Вайцеховская С.С. Экономическая эффективность технологии No-till в засушливой зоне Ставропольского края // Земледелие. 2017. № 3. С. 16–19.Дридигер В.К. Особенности проведения научных исследований по минимизации обработки почвы и прямому посеву (методические рекомендации). Ставрополь: Северо-Кавказский ФНАЦ, 2020. 68 с.Дридигер В.К., Белобров В.П., Антонов С.А., Юдин С.А., Гаджиумаров Р.Г., Лиходиевская С.А., Ермолаев Н.Р. Защита почв от водной эрозии и дефляции в технологии No-Till // Земледелие. 2020. № 6. С. 11–17.Дридигер В.К., Иванов А.Л., Белобров В.П., Кутовая О.В. Восстановление свойств почв в технологии прямого посева // Почвоведение. 2020. № 9 С. 1111–1120. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090038Дубовик Д.В., Лазарев В.И., Айдиев А.Я., Ильин Б.С. Эффективность различных способов основной обработки почвы и прямого посева при возделывании озимой пшеницы на черноземных почвах // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 12. С. 26–29. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-11206Дубовик Е.В., Дубовик Д.В., Шумаков А.В. Влияние приемов основной обработки почвы на макроструктуру чернозема типичного // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1195–1206. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100051Ермолаев Н.Р., Белобров В.П., Юдин С.А., Айдиев А.И., Ильин Б.С. Вариабельность плотности типичных черноземов при использовании прямого посева // Сельскохозяйственный журн. 2021. № 1(14). С. 14–20. https://doi.org/10.25930/2687-1254/002.1.14.2021Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н., Баматов И.М. Глобальный климат и почвенный покров – последствия для землепользования России // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2021. № 107. С. 5–32. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-107-5-32Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н. Методологические подходы формирования единой Национальной системы мониторинга и учета баланса углерода и выбросов парниковых газов на землях сельскохозяйственного фонда Российской Федерации // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2021. № 108. С. 175–218. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-108-175-218Кирюшин В.И. Проблема минимизации обработки почвы: перспективы развития и задачи исследования // Земледелие. 2013. № 7. С. 3–6.Кирюшин В.И., Дридигер В.К., Власенко А.Н., Власенко Н.Г., Козлов Д.Н., Кирюшин С.В., Конищев А.А. Методические рекомендации по разработке минимальных систем обработки почвы и прямого посева. М.: Изд-во МБА, 2019. 136 с.Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.Реестр индикаторов качества почв сельскохозяйственных угодий Российской Федерации. Версия 1.0. Иваново: ПресСТО, 2021. 260 с. https://doi.org/10/51961/9785604637401Романенко К.А., Абросимов К.Н., Курчатов А.Н., Рогов В.В. Опыт применения рентгеновской компьютерной томографии в исследовании микростроения мерзлых пород и почв // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 4. С. 75–81. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-4(75-81)Скворцова Е.Б. Строение порового пространства естественных и антропогенно измененных почв. Автореф. дис. … докт. с.-х. наук. М., 1999. 50 с.Скворцова Е.Б., Морозов Д.Р. Микроморфометрическая классификация и диагностика строения порового пространства почвы // Почвоведение. 1993. № 6. С. 49–56.Хайдапова Д.Д., Клюева В.В., Скворцова Е.Б., Абросимов К.Н. Характеристики реологических свойств и томографически определенного порового пространства ненарушенных образцов черноземов типичных и дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 2018. № 10. С. 1234–1243. https://doi.org/10.1134/S0032180X18100064Холодов В.А. Механизмы восстановления структуры и органического вещества гумусовых горизонтов почв на разных уровнях иерархической организации. Автореф. дис. … докт. с.-х. наук. М., 2020. 45 с.Холодов В.А., Ярославцева Н.В. Агрегаты и органическое вещество почв восстанавливающихся ценозов. М.: ГЕОС. 2021. 119 с.Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Лазарев В.И., Фрид А.С. Интерпретация данных агрегатного состава типичных черноземов разного вида использования методами кластерного анализа и главных компонент // Почвоведение. 2016. № 9. С. 1093–1100.Черкасов Г.Н., Пыхтин И.Г., Гостев А.В., Нитченко Л.Б., Плотников В.А., Ильина Г.П., Гапонова Л.П. Теоретические основы формирования агротехнологической политики применения нулевых и поверхностных обработок почвы под зерновые культуры для модернизации земледелия. Курск, 2012. 74 с.Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та. 2005. 432 с.Behrends Kraemer F., Morrás H.J.M. Macroporosity of a Typic Argiudoll with different cropping intensity under no-tillage // Spanish J. Soil Sci. 2018. V. 8 P. 214–235. https://doi.org/10.3232/SJSS.2018.V8.N2.06Castellanos-Navarrete A., Rodriguez-Aragones C., De Goede R.G.M., Kooistra M.J., Sayre K.D., Brussaard L., Pulleman M.M. Earthworm activity and soil structural changes under conservation agriculture in central Mexico // Soil Till. Res. 2012. V. 123. P. 61–70. https://doi.org/10.1016/j.still.2012.03.011Derpsch R., Friedrich T., Kassam A., Li H. Current status of adoption of no-till farming in the world and some of its main benefits. // Int. J. Agricultural Biological Engineer. 2010. V. 3. № 1. P. 1–26. https://doi.org/10.3965/j.issn.1934-6344.2010.01.001-025Filipovic D., Husnjak S., Kosutic S., Gospodaric Z. Effects of tillage systems on compaction and crop yield of Albic Luvisol in Croatia // J. Terramechanics. 2006. V. 43. P. 177–189. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2005.04.002Kubiena W.L. Die mikromorphometrische Bodenanalyse. Stuttgart: Enke, 1967. 188 p.Mangalassery S., Sjögersten S., Sparkes D.L., Mooney S.J. Examining the potential for climate change mitigation from zero tillage // J. Agr. Sci. 2015. V. 153. № 7. P. 1151–1173. https://doi.org/10.1017/S0021859614001002Stoops G. Guidelines for analysis and description of soil and regolith thin sections // Soil Sci. Soc. Am. Wisconsin, 2021. 240 p.Su Z., Zhang J., Wu W., Cai D., Lv J., Jiang G., Huang J., Gao J., Hartmann R., Gabriels D. Effects of conservation tillage practices on winter wheat water-use efficiency and crop yield on the Loess Plateau, China // Agr. Water Manage. 2007. V. 87. P. 307–314.Thixome. (19.07.2021). Программное обеспечение для анализа изображений Тиксомет. https://thixomet.ru/products/#proVanden Bygaart A.J., Protz R., Tomlin A.D. Changes in pore structure in a no-till chronosequence of silt loam soils, southern Ontario // Can. J. Soil Sci. 1999. V. 79. P. 149–160.Van Vliet-Lanoë B., Fox C.A. Chapter 20 – Frost Action // Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths. 2018. P. 575–603. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63522-8.00020-6Verhulst N., Nelissen V., Jespers N., Haven H., Sayre K.D., Raes D., Deckers J., Govaerts B. Soil water content, maize yield and its stability as affected by tillage and crop residue management in rainfed semiarid highlands // Plant and Soil. 2011. V. 344. № 1. P. 73–85.World Reference Base for Soil Resources 2014. update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports. Rome: FAO, 2015. No. 106.Zhang S., Li Q., Zhang X., Wei K., Chen L, Liang W. Effects of conservation tillage on soil aggregation and aggregate binding agents in black soil of Northeast China // Soil Till. Res. 2012. V. 124. P. 196–202.