4

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Специальность 03.02.13 - почвоведение

ФОРМИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПАХОТНЫХ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПИ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ И ПУТИ ИХ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЧУЯН Олег Геннадьевич

Воронеж - 2010

Диссертационная работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии

(ВНИИЗ и ЗПЭ)

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Шеин Евгений Викторович

доктор биологических наук, профессор Надежкин Сергей Михайлович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Стифеев Анатолий Иванович

Ведущая организация: Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Защита состоится “ 19 ” ноября 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.02 при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1.

Тел: (4732) 208-577; E-mail: libreh@mail.ru

С дсертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан “___” ______________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Л.И. Брехова

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Плодородие почв в лесостепи Центрального Черноземья во многом определяется кислотно-основными свойствами. В Курской области более половины пахотных угодий (60,4%) имеют в разной степени кислую реакцию среды, из них средне- и сильнокислых, требующих первоочередного известкования, 353 тыс. га. При этом за последние годы площади кислых почв увеличились на 0,6 %.

Переход земледелия на ландшафтную основу (Володин, Здоровцов, 1999; Каштанов, Щербаков, Черкасов, 2001) и, в перспективе, развитие технологий точного земледелия предполагает учет своеобразия каждого рабочего участка. При этом дифференцированный подход предопределяет учет как постоянно действующих в агроландшафте факторов и на их основе генетически обусловленных свойств почв, так и антропогенную составляющую изменений этих свойств. Это делает особенно актуальным установление закономерностей формирования физико-химических свойств почв в форме математических уравнений, простая полуэмпирическая форма которых делает их доступными для широкого научного и практического использования в системе регулирования режима функционирования агроэкосистем.

Цель исследований: изучить закономерности формирования физико-химических свойств пахотных почв в условиях лесостепи ЦЧЗ.

Задачи.

1. Определить место и значимость кислотно- основных свойств почв в системе оценок плодородия почв лесостепи Центрального Черноземья.

2. Исследовать закономерности пространственной изменчивости физико-химических и других свойств почв.

3. Выявить роль абиотических факторов в формировании гумусного состояния пахотных почв Курской области.

4. Исследовать закономерности и количественные взаимосвязи между величинами емкости катионного обмена, суммой обменно-поглощенных оснований, гидролитической кислотностью и рН пахотных почв основных зональных типов - черноземов и серых лесных почв.

5. Разработать алгоритм определения оптимальных доз Са- содержащих мелиорантов.

6. Исследовать взаимосвязь твердой и жидкой фаз почв.

7. Разработать методические подходы к оценке изменений кислотности почв в зависимости от агроэкологических условий и агротехнических факторов.

Защищаемые положения.

1. Генетически обусловленная кислотность является одним из ведущих факторов плодородия пахотных почв лесостепи ЦЧЗ.

2. Пространственное варьирование физико-химических и других свойств почв является закономерным и генетически обусловленным свойством почвенного покрова, определяющим характер пространственной дифференциации растительного покрова.

3. Гумусное состояние пахотных почв лесостепи ЦЧЗ во многом определяется совокупностью абиотических факторов, включающих и кислотность почв.

4. Почвенный поглощающий комплекс и катионообменные свойства почв зависят от совокупности экстенсивных и интенсивных факторов, к которым относятся гранулометрический состав, содержание гумуса и кислотность почв (рН).

5. Кислотно-основное состояние почв определяется климатом и свойствами твердой фазы .

6. Поддерживающее известкование чернозема типичного является важным фактором оптимизации свойств почвы и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

7. Изменение кислотности пахотных почв связано с комплексом агротехнических факторов, обусловливающих баланс оснований.

Научная новизна исследований.

На основе системно-аналитического подхода проведены исследования зонально-провинциального аспекта проблемы влияния агроэкологических факторов на формирование физико-химических свойств пахотных почв в условиях лесостепи Центрально-Чернозёмной зоны.

1. Разработан алгоритм аналитической поддержки при выборе приоритетных мероприятий для конкретного участка или выборе приоритетных участков для осуществления конкретных мелиораций на основе расчета потенциала оптимизации регулируемого свойства почвы с учетом обеспеченности другими факторами плодородия.

2. Установлена закономерная периодичность как морфометрических данных почвенного профиля чернозема типичного, так и агрохимических свойств пахотного горизонта, при этом почвенный и растительный покров имеют единые величины пространственной дифференциации.

3. Для условий Курской области выявлена роль абиотических факторов в формировании гумусного состояния почв. Содержание гумуса в пахотных почвах зависит от их гранулометрического состава, гидротермических условий и кислотно- основного состояния почвенной среды.

4. Предложено формальное описание взаимосвязи физико-химических свойств исследованных почв на основе общепринятых величин, характеризующих катионообменные свойства почв, а также разработаных дополнительных показателей (модуль катионообменной емкости почв, М; точка условного насыщения ППК, рН_Н; показатель удельной дифференциальной емкости, ф).

5. Для почв, не содержащих карбонатов, предложены расчетные (по исходным физико-химическим свойствам) коэффициенты буферности в щелочном и кислотном интервале на основе величины модуля катионообменной емкости и показателя удельной дифференциальной емкости .

6. Разработан расчетный способ определения доз Са- содержащих мелиорантов для кислых почв ЦЧЗ, учитывающий буферность почв в зависимости от их физико-химических свойств. Проведена группировка почв районов Курской области по приоритету нуждаемости их в известковании.

7. Впервые обоснована концепция формирования кислотно-основного статуса почв (КОСП), представляющего собой динамическое равновесие в характере перераспределения оснований между почвенными фазами и их миграцией, что определяет уровни устанавливающихся интервалов величин рН в зависимости от климатических условий и свойств твердой фазы почв.

8. Впервые для условий ЦЧЗ предложены алгоритмы оценки изменений кислотности пахотных почв на основе баланса оснований и изменений гидротермического режима.

Практическая значимость работы.

1. Предложенный способ определения приоритета и очередности проведения комплексных и конкретных мелиораций по регулируемым свойствам почв может найти применение в системах поддержки принятия решений для разного уровня административного управления по регулированию плодородия почв с целью рационального использования ресурсов земледелия.

2. Установление закономерностей пространственного варьирования свойств почв служит совершенствованию методических основ проведения почвенно-агрохимического обследования и его использования в системах точного земледелия.

3. Модели расчета величин физико-химических показателей и их изменений, а также оценка буферности почв являются основой для дифференцированной химической мелиорации кислых почв.

4. Прогноз изменения кислотности почв может применяться как в длительном цикле для оценки экологических последствий глобального изменения климата, так и оценки агрогенных факторов подкисления почв при формировании устойчивых агроландшафтов.

Апробация работы. Материалы работы были доложены на II и III съездах Всероссийского общества почвоведов в г. Суздале (2000г) и г. Новосибирске (2004г), на 3-х международных и 13 -ти научно -практических конференциях.

Результаты исследований рассматривались и получили положительную оценку на заседаниях Ученого Совета ВНИИЗ и ЗПЭ.

Автором опубликовано 56 научных работ, том числе 1 методика, 1 технология, 1 патент, 1 коллективная монография. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 48 работах, из которых 9 - в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 351 странице и содержит 102 таблицы и 77 рисунков, состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству, 9 приложений. Список литературы включает 343 наименования, из них 12 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Объекты, методы и условия проведения исследований

С целью определения общих закономерностей в формировании физико - химических свойств почв для статистической обработки привлекались результаты почвенно-агрохимического обследования по районам Курской области, выполненного Курской и Рыльской станциями агрохимслужбы. Дополнительно использованы результаты агрохимического обследования земель (при непосредственном участии автора) в хозяйствах, имеющих почвы различной типовой принадлежности.

На черноземах типичных и выщелоченных (1988, 2002 г.г.) обследована территория опытного хозяйства ВНИИЗ и ЗПЭ (Медвенский р-н Курской области) на площади 3981 га. Земли хозяйства расположены на склонах разной экспозиции и крутизны, которые составляют 98 % от общей площади сельскохозяйственных угодий. Более 90 % всех земель - почвы черноземного типа. На водораздельных плато залегают черноземы типичные мало- и среднегумусные, среднемощные, тяжелосуглинистые, на склонах крутизной до 5 - черноземы слабоэродированные.

На черноземах типичных и выщелоченных в 2003 г. обследована территория четырех отделений хозяйства ООО «Заветы Ильича» Горшеченского района Курской области на общей площади 12857 га.

На серых лесных и черноземах оподзоленных, выщелоченных в 2003 году обследована территория четырех отделений хозяйства ОАО агрофирмы «Мценская» Мценского района Орловской области на общей площади 11842 га. Работы выполнены в соответствии с методическими указаниями «Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения» (М., 2003).

Оценка характера неоднородности почвенного и растительного покрова проводилась на локальном уровне на черноземе типичном (участок 2 га, верхняя треть северо-восточного склона 0-..1.5°, опытного хозяйства ВНИИЗ и ЗПЭ). Почвенно-агрохимическое обследование и учеты урожаев культур (2006-2008 гг.) проведены по пространственно координированным точкам (200 шт). Лабораторные исследования включали определение в пахотном слое почвы показателей агрохимических, физико-химических и др. свойств. Дробный учет урожаев проведен сноповым способом и комбайном Sampo-500.

Экспериментальные исследования проводились в стационарном многофакторном полевом опыте (ОППХ ВНИИЗи ЗПЭ), заложенном в 1984 г.

Наблюдения и учеты проводились в 1 и 2 полях блока “Плодородие почвы” при следующих уровнях изучаемых факторов:

Факторы	Уровни факторов
1. Севообороты, % многолетних бобовых трав	0	25	50
2. Органические удобрения, т /га	0	12	-
3. Минеральные удобрения, кг д.в. /га	0	N70P74K80	-
4. Известь, т /га	0	0,5	-

Схема опыта факториальная - 3х2х2х2 (24 варианта). Состав севооборотов: зернопаропропашной (А)- сахарная свекла, ячмень, чистый пар, озимая пшеница; зернотравянопропашной (В)- сахарная свекла, ячмень, многолетние бобовые травы, озимая пшеница; зернотравяной (С)- ячмень, многолетние травы ( 2 года), озимая пшеница. Органические удобрения (навоз КРС, 48 т/га) и известь (известняковую муку, 2 т/га) вносили 1 раз за ротацию под первую культуру севооборота, минеральные удобрения - ежегодно: под свеклу -N₁₈₀P₁₆₀K₁₈₀, под ячмень - N₆₀P₆₀K₆₀, под пшеницу - N₄₀P₈₀K₈₀. Опыт закладывался одновременно на водораздельном плато, склонах южной и северной экспозиции крутизной до 5 в поле № 2 и разворачивался последовательно на северном склоне в полях № 1, 2. Размер делянок - 100-200 м², повторность вариантов 2-х кратная. Смешанные почвенные образцы отбирались из 10-15 индивидуальных.

Почва опытного участка - чернозем типичный тяжелосуглинистый, на склонах - слабосмытый. Содержание в пахотном слое гумуса 5,6 - 5,8 %, Н_КСL 5,3 - 5,7, Нг - 2,80-4,86 мг-экв/100 г, суммы обменных оснований 26,5 - 30,0 мг-экв/100 г, азота щелочногидролизуеммого 17,4-19,6 мг/100 г, содержание подвижного фосфора и калия 13,7-16,7 и 9,8-12,5 мг/100 г соответственно.

В почвенных пробах определялись: содержание гумуса по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213); обменные и водорастворимые Са²⁺и Mg²⁺ комплексонометрически (ГОСТ 26487); сумма поглощенных оснований по Каппену-Гильковицу (ГОСТ 27821); рН_KCL и рН_Н2О - потенциометрически (ГОСТ 26483); гидролитическая кислотность - по Каппену в 1,0 н СН₃СООNa; содержание и состав легкорастворимых солей в водной вытяжке (1:5) (Аринушкина, 1970); подвижные фосфор и калий - по Чирикову (ГОСТ 26204); азот щелочногидролизуемый по Корнфилду; нитратный и аммонийный азот - колориметрически с дисульфофеноловой кислотой и реактивом Несслера соответственно; содержание физической глины (< 0,01 мм) - по Качинскому.

Для оценки буферных свойств почв, а также уточнения характера зависимости интенсивности выщелачивания почв от величины рН проведена серия лабораторных экспериментов.

Статистический анализ проведен с использованием программных средств Microsoft Office Excel, STATISTICA-6, STATGRAP и включал: расчет общих статистических, параметрических и непараметрических показателей, корреляционно- регрессионный анализ, построение гистограмм, регистрограмм, вариограмм, метод главных компонент, таксономический метод, спектральный анализ, дисперсионный анализ (Дмитриев, 1972; Доспехов, 1985).

2. Кислотность в системе оценок плодородия почв.

Оценка плодородия почв на примере Курской области

Почвенные ресурсы плодородия Курской области имеют значительную неоднородность. В области залегают почвы разных генетических типов и подтипов - преимущественно черноземы типичные, выщелоченные, а также темно-серые и серые лесные почвы. За длительный срок сельскохозяйственного использования генетически обусловленные свойства почв претерпели существенные изменения, что усилило степень их дифференциации как по районам, так, в особенности, по хозяйствам.

Почвы западных районов области в большей мере обеспечены фосфором и хуже калием, а восточных и северо-восточных- содержат калия больше, чем фосфора. Почвы, слабо обеспеченные фосфором, имеют значительный удельный вес в северных районах области. За последние годы увеличились площади почв с очень низким и низким содержанием гумуса, соответственно на 0,8 и 0,4 %. Количество кислых почв за последние годы увеличилось на 0,6 %, а всего в области их насчитывается 1084 тыс. га (60,4 % пашни), из них сильно и среднекислых - 353,4 тыс. га.

Результаты производственной деятельности по хозяйствам Курской области (продуктивность, ц з.е./га в среднем за 4 года) сопоставлялись с величинами средневзвешенных значений показателей свойств почв по общей выборке (n=530), а также отдельно выделены хозяйства, приуроченные к северо- западным районам, характеризующимся более низким плодородием (табл. 1).

Таблица 1. Статистическая характеристика показателей плодородия почв хозяйств Курской области (n=530)

Показатель	X	Xmin	Xmax	S	Sx	КV %
КУ	1,00	0,88	1,09	0,07	0,00	7,0
Гумус%	4,54 139 111 5,49	1,40 72 50 4,5	7,30 266 243 7,1	1,2 32,2 28,8 0,5	0,05 1,40 1,25 0,02	27,0 23,2 26,1 8,2
P205, мг/кг
K20, мг/кг
рНKCL
Прод. ср. ц з.е./га	25,0	9,3	53,9	6,9	0,30	29,4

Исследуемые показатели плодородия почв, а также степень увлажнения (по коэффициенту увлажнения, КУ) оказывали значимое влияние на продуктивность пашни. Прирост продуктивности при повышении рН на единицу в северо-западных районах, расположенных преимущественно на серых лесных почвах, в два раза превышает таковой в среднем по территории области (табл. 2) .

Таблица 2. Зависимость продуктивности пашни от величин показателей плодородия почв

Территория	Параметры уравнений* Y= k + aX1 + bX2 + cX3 + dX4	Показатели связи
	k	a	b	c	d	r	F
В целом по области, n=530	15,2	-10,8	0,22	0,08	2,62	0,58	40
	-18,0	-	-	-	7,57	0,40	62
Северо-западные районы n=115	11,8	-52,6	2,1	0,12	8,2	0,85	70
	-55,86	-	-	-	15,0	0,69	102

* где Y- продуктивность (ц з.е./га), X₁ - КУ(коэффициент увлажнения), X₂ - гумус (%), X₃ - содержание фосфора (мг/кг), X₄ - рН_KCL.

Установлено, что в целом по области, при вычленении роли климата, ведущим фактором плодородия является обеспеченность почв фосфором; вторым по значимости фактором является кислотность почв; в северо-западных районах на серых лесных почвах возрастает роль гумуса, что связано и с азотным режимом почв (табл. 3).

Таблица 3. Доли вклада величин показателей плодородия в изменение продуктивности пашни (%)

Территория	Показатели
	КУ	Гумус	Фосфор	рН
Область, n=530	15	6	55	24
Северо-западные районы , n=115	22	19	28	31

Зависимость продуктивности от свойств почв не является строго линейной, что просматривается в последовательном сокращении приростов продуктивности при возрастании показателей плодородия (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость продуктивности пашни от климатического и почвенных показателей по территории Курской области (n=530)

Согласно полученным графикам оптимальные значения для кислотности почв рН_KCL и содержания подвижного фосфора составляют соответственно 6,0 ед. и 200 мг/100г. При этом степень увлажнения территории влияла на продуктивность также неоднозначно: повышение увлажнения от минимальных значений КУ до 0,99 способствовало росту продуктивности, а дальнейший рост увлажнения, территориально приуроченный к районам с серыми лесными почвами, сопровождается снижением продуктивности.

Для оценки плодородия почв по разнокачественным показателям, с учетом их неоднозначного влияния на продуктивность в разных интервалах значений, используются комплексные оценки показателей плодородия (Карманов, 1990; Кулаковская, 1990; Гринченко, Егоршин, 1984; Синельников, Слабко,1995; Державин, Фрид 2002). Для условий Центрального Черноземья предложен вариант комплексной оценки плодородия почв с использованием логистической зависимости, разработанной ранее во ВНИИЗ и ЗПЭ (Чуян Г.А., Виноградов Ю.А., Букреев Д.А.; Васенев И.И., Букреев Д.А., 1993-1997гг.). Значения индивидуальных показателей плодородия (гумус %, рН, содержание подвижных Р₂О₅, К₂О) преобразуются в безразмерные нормированные единицы (П_i) со шкалой оценки до 100 по следующему выражению:

(1)

где Хi, Хmax и Хmin- фактические значения оцениваемого параметра, максимальное и минимальное, а А и В - корректирующие параметры, устанавливающие чувствительность показателя и уровень оптимальных значений параметров плодородия, при которых нормированные величины превышают 95 (табл. 4).

Таблица 4. Нормативные значения для расчета частных параметров (П_i) плодородия почв

Показатели	Гумус,%	рН	Р2О5, мг/кг	К2О, мг/кг
Х орt	6 8 1,5 0,3 2	6 7,5 4 0,65 1,85	200 250 20 0,015 1	180 240 20 0,006 2,3
Х mах
Х min
А
В

Комплексный показатель плодородия (ПП) реализован выражением среднего геометрического из совокупности (n) оценок:

.

Величина комплексного показателя в разрезе районов области колеблется от 60 до 90, а в разрезе хозяйств области - от 50 до 100. Коэффициент корреляции зависимости средней за 4 года продуктивности пашни от совокупного показателя плодородия (ПП) варьирует по районам от 0,49 до 0,97. В первом агропочвенном районе серых лесных почв, где плодородие является одним из основных лимитирующих факторов, характерна достаточно тесная связь продуктивности как с комплекным показателем ПП (r=0.79), так и с нормированной оценкой кислотности почв П_рН (r=0.71). В контролируемых условиях стационарного полевого опыта ВНИИЗ и ЗПЭ на черноземе типичном также достоверна взаимосвязь обобщенной оценки плодородия почвы (ПП) с уровнем продуктивности (r=0.85).

Вопрос о применении почвоулучшающих комплексных мероприятий целесообразно решать для каждого уровня территориального деления путем ранжирования оцениваемых контуров по совокупной оценке (ПП).

Аналитическая поддержка решений по выбору приоритетных мероприятий для конкретного участка или выбора приоритетных участков для осуществления конкретных мелиораций может решаться на основе расчета потенциала оптимизации регулируемого свойства (Ро)

,(2)

где Пi - нормированное значение показателя фактического состояния; Пopt - нормированное значение оптимального уровня показателя; ПП_п - совокупный показатель плодородия по п факторам; n - количество учитываемых факторов; Ц_ПП - цена балла совокупного показателя (ц/га з.е.).

В соответствии с этим, эффект от оптимизации кислотности почв зависит как от величин рН, так и обеспеченности другими факторами плодородия (рис. 2).

Рис. 2. Распределение территории Курской области по приоритет-ности известкования поч

Таким образом эффективное восстановление деградированных почв должно быть сбалансировано по очередности и интенсивности воздействия соответствующими мелиорациями, что повысит окупаемость затрат соответствующих ресурсов.

Закономерности пространственной изменчивости свойств почв и урожайности культур на локальном уровне (на примере чернозема типичного)

Современная модель почвенного покрова предполагает наличие в нем пространственного варьирования свойств почв и растений разного масштаба (Прохорова, Фрид, 1999; Самсонова, 2003; Козловский, 2003; Фрид, 2004).

При точечном почвенно- агрохимическом обследовании участка 2 га (100200 м) с шагом 10 м по равномерной сетке установлено, что основным фоновым компонентом на исследуемом участке выступает чернозем типичный мощный тяжелосуглинистый, местами переходящий в выщелоченный. Мощность горизонтов (А), (А+АВ) и глубина вскипания (см) имеют величины соответственно 47±0.6, 86±0.9 и 66±1,4 при варьировании этих показателей 17.0 , 15.6 и 29.6 %. По содержанию гумуса почва участка относится к малогумусным (5,77%), по кислотности - в основном слабокислая (рН_KCL- 5,3), присутствуют среднекислые, близкие к нейтральным и нейтральные. Среднее содержание подвижного фосфора и калия 12,4 и 10,7 мг/100г соответственно. Распределение величин является нормальным, максимальная вариабельность характерна для минеральных форм азота (17.7 - 37.6%), подвижных форм калия и фосфора (29 и 19 %) и минимальная для содержания гумуса - 2,4%.

Периодичность колебаний свойств почв устанавливалась по графикам автокорреляции; по минимумам графиков зависимости средней амплитуды колеблемости значений показателей свойств от размеров шага опробования. Средние размеры контуров свойств по эмпирическим вариограммам зависимости дисперсии последовательных значений показателей от числа шагов (интервалов) между точками опробования показали аналогичные величины. При величине шага, равному периоду колебаний, коэффициенты варьирования содержания гумуса, рН, подвижных фосфора и калия имеют минимальные значения, соответственно 1.4 , 2.8 , 13.7 и 22.0 % (рис. 3).



Рис. 3. Зависимость варьирования величин показателей свойств пахотного слоя почв от размера шага опробования

Установлена закономерная периодичность как морфометрических данных почвенного профиля исследуемого чернозема, так и агрохимических свойств пахотного горизонта, которая имеет близкие значения в разных направлениях системы координат на плоскости, при этом изменение вариабельности свойств в разные годы (2006-2008 гг.) не повлияло на размеры периодичности (табл. 5).

Комплекс морфометрических показателей в целом обладает меньшей дифференциацией по территории объекта, чем агрохимических свойств пахотного горизонта. Значения комплексного показателя плодородия почвы участка (ПП), коэффициента неоднородности (KN, %) и коэффициента сбалансированности факторов плодородия (К_сб, %) имеют величины соответственно 74.6, 7.7% и 80.0 %.

Таблица 5. Характеристика среднего размера контура и периодичности показателей плодородия чернозема типичного (n=200)

Показатели	Учитываемые периоды по спектральному анализу (м)	Средний размер контура (м).
Содержание гумуса	40	40
рНKCL	20, 100	60 - 80
Р2О5 подв.	20, 60, 120	60 - 70
К2О подв.	20, 60,120	50 - 70
Мощность гор. А	20, 70	40
Мощность гор. А+АВ	20, 100, 150	50

По данным дробного учета урожая в однородных рекогносцировочных посевах установлено, что доля закономерной изменчивости урожаев культур составляет 2/3 общего их варьирования (Перегудов, 1978). При повышении размеров учетной площади увеличивается доля закономерной составляющей. Установлена закономерная периодичность урожайных данных по спектральному анализу и вариограммам совмещенных рядов учетных данных 2006 и 2008 гг. (табл. 6).

Таблица 6. Компоненты варьирования урожайности культур (n=200)

Культура и способ учета	Урожай -ность, ц/га	КV %	Компоненты варьирования, % от общего	Период (м)	Средний размер контура (м)
			закономерные	случайные
Ячмень 2006г.(сноп.)	14,8	43	66	34	20. 100	40 - 50
Озимая пш. 2008г. (сноп.)	39,3	19,0	57	43	10, 50, 90	70 - 80
Озимая пш. 2008г. (Sampo - 500)	38,7	18,9	73	27	50, 150	40 - 60

Периодичность и средний размер контуров для приведенных культур имеет аналогичные значения, что и для почвенных параметров.

3. Роль кислотно-основных свойств в формировании гумусного состояния черноземов и серых лесных почв Курской области

По данным результатов почвенно-агрохимического обследования пахотных земель Курской области выявлены наиболее общие закономерности формирования гумусного состояния пахотных почв основных типов, характерных для данной территории - черноземов (57.5 %) и серых лесных почв (23.5 %). Для этого из общего массива данных по каждому из 28 районов, характеризующихся различным коэффициентом увлажнения (0,88-1,09), выделены автоморфные почвы и сформированы выборки по участкам, используемым на момент обследования в полевых севооборотах (n=26165). Для статистической обработки проведено группирование данных с учетом занимаемых площадей по типовой принадлежности почв, градациям по гранулометрическому составу и соответствующим им значениям физико-химических показателей.

При исключении из общей выборки районов с карбонатными и остаточно солонцеватыми почвами безотносительно их типовой принадлежности содержание гумуса в почвах в линейной форме описывается следующими уравнениями:

у = 0,42 - 2.77x₁ + 0.065x₂ + 0.071x₃, F = 68.1, r = 0.89;

у = -3.46 + 0.07x₂ + 0.88x₃, F = 96.6, r = 0.78

где у - содержание гумуса %; x₁, x₂, x₃ - соответственно коэффициент увлажнения территории, содержание физической глины %, рН_KCL.

Доли вклада в изменение содержания гумуса соответственно равны 15, 64, 21 % и 71, 29 %, откуда следует, что кислотно-основное состояние почвы выступает как самостоятельный фактор. При этом содержание гумуса в почвах в большей мере коррелирует с логарифмическим значением рН_KCL, поскольку эта величина характеризует состояние почвенного поглощающего комплекса и степень насыщенности его основаниями.

Кислотная природа гумусовых веществ предопределяет их взаимодействие с минеральной частью почвы и возможность закрепления в почве (50 - 80 %). Количество органического вещества зависит от степени дисперсности минеральных частиц, а основное количество гумусовых веществ (Г, %) сосредоточено в глинистой фракции (Фг%,< 0.01 мм) (Тюлин, 1958; Кобцева, 2008). При этом энтропийный эффект может быть определяющим фактором взаимодействия глинистых минералов с органическими молекулами (Parfitt, Fraser, Farmer, 1977).

При использовании в качестве основы оценки средневзвешенных величин содержания гумуса двухкомпонентного параметра ln(Фг)ln(рН_KCL) установлено, что для исследуемых почв на основной территории области этот комплексный фактор на 77 % определяет средние уровни содержания гумуса:

Г(%)=1,39·ln(Фг)ln(рН_KCL) - 4,4 , r=0,88.

Повышение увлажнения территорий в сочетании с облегчением механического состава почв в северо-западных районах области обусловило формирование кислых, преимущественно серых лесных почв, характеризующихся низким содержанием гумуса. Как снижение увлажнения территорий в юго-восточном направлении, так и до определенной степени утяжеление механического состава при снижении кислотности почв способствует формированию черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных (рис. 4). Данная схема не исчерпывает всех возможных сочетаний величин и условий и характеризует направленность действия почвообразующих факторов в пределах Курской области.



Рис. 4 Средние уровни величин содержания гумуса в пахотных почвах в зависимости от исходных свойств и климатических условий.

Количественным показателем, характеризующим тип формирующегося в различных климатических условиях гумуса и являющимся функцией биохимической активности почв, является величина группового состава гумуса: Сгк:Сфк, имеющая коэффициент корреляции с периодом биологической активности (ПБА) для зонального ряда 0.95 (Волобуев,1973; Кононова, 1963; Бирюкова, Орлов, 1978; Орлов, 1990).

Изменение относительного содержания углерода гуминовых кислот и соотношения (Сгк:Сфк), определяемых различными методами, в большинстве случаев идет параллельно изменению общего количества гумуса. Учитывая различия групп гумусовых кислот, содержание гумуса (%) в почвах зонального ряда приближенно может быть выражено функцией четырех относительных величин:

, (3)

где К_Г - величина, обратная значению относительного превышения реакционной способности фульвокислот над гуминовыми:

;

%С_{ГК, ФК} - содержание углерода в гумусовых кислотах; ЕКО_{ФГ, ФК} - емкость катионного обмена препаратов гумусовых кислот (Орлов, 1974; Ковда, Розанов, 1988; Мамонтов, Панов, Кауричев, 2006).

Согласно расчетам, 90 % значений (Сгк:Сфк) для выборки черноземов выщелоченных (Курская обл., n=3681, К_Г= 0,44) находится в интервале 1.6 - 2.5 при среднем значении 2.0, а 82 % этих величин для серых лесных почв (n=1601, К_Г= 0,5) находится в интервале 0.7 - 1.3 при среднем значении 1.0 , что близко по размерности классическому методу Тюрина (рис. 5)

Рис. 5. Полигоны частот расчетных значений группового состава гумуса различных типов почв

Из взаимосвязи содержания гумуса в пахотном горизонте с показателем, характеризующим состояние ППК почв следует, что при прочих равных условиях изменения его должны соответствовать изменениям величины рН_KCL как по знаку, так и в соответствующих количественных пропорциях:

, (4)

где Г₀ и рН₀ - исходные величины содержания гумуса (%) и обменной кислотности почвы.

Изменения содержания гумуса (?Г%), соответствующие выражению (4),

были подтверждены по анализу динамики этих величин за 15 - 20 лет землепользования хозяйств в Медвенском, Горшеченском и Фатежском районах (рис. 6).

Рис. 6. Относительные (от исходного) изменения средневзвешенного содержания гумуса (%) при изменении величины рН_KCL черноземов оподзоленных выщелоченных и типичных

Полученные данные подтверждают, что как процессы деградации почв, так и их окультуривания являются комплексными, затрагивающими всю почвенную систему. Устойчивость гумусного состояния по логике построения исходных зависимостей сопряжена с устойчивостью кислотно-основного состояния почв, обеспечиваемого соответствующими режимами.

4. Взаимосвязь физико-химических свойств чернозёмов и серых лесных почв

Уравнение состояния почвенного поглощающего комплекса

Методической основой для выявления взаимосвязи физико - химических свойств, которые вытекают из теоретического обоснования поглотительной способности почв (Гедройц, 1933; Горбунов, 1957; Ремезов, 1957; Пинский, 1997) было принятие следующих положений.

Общая взаимозависимость показателей разделена на три составляющие: а) зависимость емкости катионного обмена (ЕКО_П) от соотношения в почве гумуса (Г%) и фракции физической глины (Фг% ,0,01мм); б) взаимосвязь рН и состава катионов в ППК, как соотношения Нг и S (основных характерных частей); в) взаимосвязь рН и емкости катионного обмена (ЕКО_П =S + Нг).

Статистическая обработка сгруппированных данных обследования черноземов выщелоченных, типичных и серых лесных показала, что для исследуемых почв величина рН_KCL обладает невысокой вариабельностью - от 8 до 13 % (табл. 7).

Таблица 7. Статистическая характеристика свойств почв

№ выб.	Показатель	X	Xmin	Xmax	SХ	KV, %
Серые лесные почвы, черноземы, n=16. Белгородская обл.
1	Фг, % Гумус, % рНKCL Нг, мг-экв/100г. S, мг-экв/100г. ЕКОП, мг-экв/100г	53.14 5.76 6.67 1.78 34.5 36.3	10.6 2.6 5.8 0 12.1 15.1	70.6 7.2 7.4 3.4 47.6 49.0	4.16 0.33 0.14 0.33 2.28 2.1	31 23 8 75 26 23
Серые лесные почвы, черноземы оподзоленные и выщелоченные , n = 4722. По рабочим участкам хозяйств в различных районах Курской обл.
2	Фг, % Гумус, % рНKCL Нг, мг-экв/100г. S, мг-экв/100г. ЕКОП, мг-экв/100г	45.5 4.12 5.30 3.86 24.5 28.4	8.4 0.5 3.5 0.0 5.8 8.5	78.5 8.80 7.70 9.57 49.0 50.1	0.13 0.02 0.01 0.02 0.09 0.10	19.9 28.4 9.7 39.1 25.9 22.5
Черноземы типичные и выщелоченные, n=258. ОППХ ВНИИЗ и ЗПЭ Медвенский р-н, Курской обл.
3	Гумус, % рНKCL Нг, мг-экв/100г S, мг-экв/100г. ЕКОП, мг-экв/100г	5.79 5.83 4.11 29.3 33.4	5.10 4.8 0.70 9.0 12.2	6.98 7.3 8.24 49.1 49.9	0.02 0.04 0.12 0.25 0.19	5.3 11.9 45.3 13.7 9.0
Серые лесные почвы, n= 690. Орловская обл.
4	Гумус, % рНKCL Нг, мг-экв/100г. S, мг-экв/100г. ЕКОП, мг-экв/100г	5.30 5.64 4.68 23.9 28.5	2.04 3.9 0.35 5.9 7.9	8.66 7.7 11.1 45.8 51.6	0.04 0.03 0.08 0.17 0.17	21.0 13.0 44.5 18.4 15.2

X - среднее значение, S_Х - ошибка выборочной средней, K_V - коэффициент варьирования (%), ЕКО_П= (S + Нг).

Установлено, что наибольший вклад в изменение величины ЕКО_П почв имеет содержание органического вещества - 45 %. Показатель обменной кислотности определяет 21% изменений ЕКО_П почв и в наибольшей мере влияет на величину гидролитической кислотности - 62 % (r=0,78-0,87).

Установлено, что и для серых лесных почв, и для черноземов характерна тесная линейная зависимость величины гидролитической кислотности (мг-экв/100г) от значения ln(pH_KCL). Значения показателей (S) и (ЕКО_П) также зависят от величины ln(pH_KCL), а коэффициентом пропорциональности при этом выступает величина сорбционной способности почвы или модуля катионообменной емкости (М), зависящего от соотношения в ней органического вещества и физической глины, но независимого от величин рН. Значения гидролитической кислотности, соответствующие выражению:

Нг = ЕКО_П - S , структурно воспроизводящему уравнение регрессии (табл. 8), имеют вид :

Нг= М ln(pH_Н) - М ln(pH_KCL), (5)

где М - показатель сорбционной способности почвы, зависящий от соотношения гумуса (%) и физической глины (%); pH_Н -условная величина pH_KCL при которой ЕКО_П=S , Нг>0 и V>100%.

Таблица 8 . Зависимость гидролитической кислотности почв (мг-экв/100г) от величины рН_KCL

№ выборки	Объем выборки	Параметры уравнений вида* Нг= a - b·ln(рНKCL)	Отношение a/b	рНН= exp(a/b)
		a	b	r
1. 2. 3. 4.	16 4722 258 690	29.25 22.73 32.0 31.41	-14.56 -11.34 -15.95 -15.68	-0.91 -0.69 -0.98 -0.93	2.01 2.00 2.00 2.00	7.45 7.42 7.44 7.41

Анализ уравнений (pH_Н =exp(a/b) показывает, что для почв различного генезиса соответствует вполне определенное значение pH_Н, близкое к величине 7.4 ед., которое соответствует точке условного насыщения ППК.

Величине рН_KCL =рН_Н соответствует величина ЕКО_П в состоянии насыщения ППК обменными основаниями: ЕКО_Н = М ln(рН_Н).

В исследованиях катионообменных свойств почв установлено, что емкость катионного обмена представляет собой линейную функцию от рН равновесного раствора (Возбуцкая, 1964; Минкин, Горбунов, Садименко, 1986). Выражению (ЕКО_П = ЕКО_Н - ? ЕКО_П) в таком случае соответствует:

ЕКО_П=М ln(pH_Н)-ф М( рН_Н - pH_KCL), (6)

где изменение ЕКО (? ЕКО_П= ф М( рН_Н - pH_KCL) имеет вид линейной зависимости, ф - показатель удельной дифференциальной емкости почвы, характеризующий величину изменения полной емкости катионного обмена почвы, приходящегося на единицу показателя (М) при изменении pH_KCL на единицу (табл. 9). Серым лесным почвам характерно более высокое значение (ф), чем для черноземов (0,16 и 0,1).

Схематически зависимость величин S, ЕКО_П и Нг при разном значении рН_KCL представлена на рис. 7.

Таблица 9. Зависимость емкости катионного обмена от кислотности почв

№ выб.	Объем выборки	Параметры уравнений вида* ЕКОП= a - b·(рНН - рНKCL)	(М) Отношение а / ln(рНН)	(ф) Отношение b/М
		a	b
2. 3. 4.	4722 258 690	34.56 36.45 28.54	-2.87 -1.85 -2.29	17.25 18.17 14.25	0.10 0.10 0.16



Рис. 7.Зависимость емкости катионного обмена, суммы обменных оснований и гидро-литической кислот-ности от величин рН_KCL

Величине суммы поглощенных оснований соответствует разница:

S = ЕКО_Н - ? ЕКО_П - Нг:

S = М (ln(рН_KCL) - ф (рН_Н-рН_KCL)) (7)

Таким образом, количественная взаимосвязь показателей поглотительной способности выражается уравнением состояния ППК, как аналога выражения (ЕКО_П =S+ Нг), учитывающего величины ? ЕКО_П :

М(ln(pH_Н)-ф(pH_Н-pH_KCL))=M(ln(pH_KCL)-ф(pH_Н-pH_KCL))+M•ln(pH_Н/pH_KCL) (8)

Анализ уравнения свидетельствует, что показатель обменной кислотности (рН_KCL) характеризует соотношение величин Нг и S в ППК и степень насыщенности почвы основаниями согласно выражению :

(9)

Для черноземных почв (рН_Н?7.4), поскольку ?ЕКО_П относительно невелико, показатель степени насыщенности почвы основаниями (V%) будет иметь вид:

V% ? 50 ln(pH_KCL) (10)

Фактическая реализация зависимостей (9, 10) подтверждает форму взаимосвязей по уравнению (8). Теоретически рассчитанные значения V% черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных, а также серых лесных имеют стандартную ошибку 0.8 и 2.1%, а коэффициент соответствия величин составляет при этом - 99 и 98% (рис. 8).

Рис. 8. Зависимость степени насыщенности основаниями черноземов выщелоченных и типич-ных от рН_KCL (n= 255).

Поскольку величины (pH_H, ф) носят характер, близкий к нормативному для исследованных почв, то соотношения величин Нг, S и ЕКО_П в конкретных почвах практически полностью определяются величиной рН_KCL. Тем самым реализуется принцип о взаимосвязи и взаимообусловленности компонентов, составляющих единую систему ППК. Изменения в составе катионов ППК при изменении рН_KCL пропорциональны величине (М) и логарифму относительного изменения рН_KCL:

(11) ,(12)

где рН₀ - исходное, рН_i - текущее (фактическое) значение.

Изменение суммы обменных оснований, при изменении кислотности почвы, равно сумме абсолютных изменений емкости катионного обмена и гидролитической кислотности ¦?S¦=¦?ЕКО_П¦+¦?Нг¦, что соответствует:

(13)

Cоотношение весовых коэффициентов к содержанию гумуса (%) и количеству физической глины (< 0.01мм, %) в показателе модуля катионообменной емкости почвы (М) равно 24:1 (r=0.76-0.99). В соответствии с этим, величине (М) можно придать более точное выражение:

М К_М (2.4Г + 0.1Фг), (14)

где К_М - коэффициент пропорциональности (для черноземов К_М?1), соответствующий тому, что различным типам почв могут быть характерны разные удельные сорбционные показатели.

По сути, показатель модуля катионообменной емкости почвы (М), связанный с количеством и качеством обменных центров ППК может отражать предельное минимальное количество вещества отрицательных зарядов ППК в единице массы почвы (ммоль (е^-) /100г) в условиях кислой реакции среды. Таким образом, при изменениях реакции среды величины показателей поглотительной способности почв становятся производными от значения (М).

Оценка буферных свойств почв

Количественные оценки кислотно-основной буферности почв подтверждают, что чем больше в почве содержится гумуса и тяжелее механический состав, тем выше ее буферная способность как к подкислению, так и к подщелачиванию и, при прочих равных условиях, большая буферность в ту или иную сторону определяется преобладанием в составе ППК ионов Н⁺ или оснований (Надточий, 1993; Надточий, 1998; Савченко, 1989; Фрид, Гребенников, 1999; Соколова, Мотузова, Малинина, 1991).

Проведена серия лабораторных экспериментов по определению буферных кривых в солевой (1Н KCL) и водной суспензии (1:2.5) для чернозема типичного тяжелосуглинистого (рН_KCL=5,75) и серой лесной среднесуглинистой почвы (рН_KCL=4,9). Общая методика соответствовала методу Аррениуса. Установлено, что во всем диапазоне буферных кривых измеряемые величины рН водных суспензий подчиняются логарифмической зависимости от количеств вводимых. По солевым суспензиям в интервалах ±2.0 ед. рН от точки начала титрования (рН_ТНТ) как в щелочном, так и в кислотном диапазоне зависимость устанавливающихся величин рН_KCL от количеств вводимых реагентов соответствовала функции (табл. 10):

рН_i = рН_ТНТ·(КБ)^х , (15)

где (х)- количество применяемых реагентов (ммоль/100г.); фактический коэффициент к изменению рН (рН_i/рН_ТНТ) представляет собой показательную функцию: рН_i/рН_ТНТ = КБ^Х , где КБ -коэффициент буферности

а) к подкислению: КБ_К=1/exp(1/M); (16)

б) к подщелачиванию: КБ_Щ= exp(1/M·(1+ф)). (17)

При этом величины КБ_К <1 и КБ_Щ>1 зависят только от базовых свойств почв, определяющих величину модуля катионообменной емкости почв (М), а, следовательно, и емкость катионного обмена (рис. 9).

Таблица 10. Зависимость рН солевых суспензий почв (1:2.5) от количества вводимых реагентов

Почва	Параметры уравнений * ln(рНi / рНТНТ)= a•x	КБ по уравнению рНi / рНТНТ = (КБ)х
	а	R2	по эксперименту КБ=exp(a)	по свойствам почв**
Чернозем Серая лесная	Подкисление (HCl)	КБК	М	КБК
	-0.057 -0.084	0.99 0.99	0.944 0.920	17.66 0.945 11.82 0.919
Чернозем Серая лесная	Подщелачивание (NaOH)	КБЩ	М	КБЩ
	0.052 0.074	0.99 0.99	1.054 1.077	17.66 1.053 11.82 1.075

* где х - ммоль / 100г; **ф - 0,1 и 0,16 для чернозема и серой лесной почвы

Рис. 9. Зависимость коэффициентов буферности (КБ) от величин модуля катионообменной емкости (ф=0,1)

Коэффициенты буферности соответствуют относительному изменению величины рН от 1 ммоль/100 г применяемых реагентов. Приближение величин КБ к единице соответствует повышению буферности почв. Сам коэффициент буферности является безразмерным и универсальным показателем, поскольку величины интенсивности буферности (ИБ) и емкости буферности (ЕБ) являются производными от КБ:

ИБ_К =М·ln(рН_ТНТ/(рН_ТНТ-1)) (18); ИБ_Щ =М·(1+ф)·ln((рН_ТНТ +1)/рН_ТНТ) (19)

Отсюда следует, что как интенсивность буферности, так и емкость буферности пропорциональны величине (М) и зависят от исходной кислотности почв (рН_ТНТ).

Определение доз мелиорантов в соответствии со свойствами кислых почв и агроэкологическими условиями

Уравнение состояния поглощающего комплекса и вытекающие из него взаимосвязи показателей ППК при соответствующем нормативном обеспечении по значениям рН_Н и (ф) позволяют значительно расширить диапазон и унифицировать уравнение расчета доз мелиорантов в соответствии с буферными свойствам почв.

За основу расчетов мелиоративных доз извести при этом берется то количество Са²⁺ в составе гидролитически щелочных соединений, которое входит в состав ППК в расчете на заданное изменение кислотности (рН_KCL) от исходного рН_i до оптимального значения рН_орt. Эта величина соответствует изменению суммы обменных оснований и выражается суммой абсолютных изменений гидролитической кислотности и емкости катионного обмена (И, СаСО₃ т/га = S•5•h•d ) в соответствии с мелиорируемой глубиной (h, м) и объемной массой почвы (d, г/см³) :

.(20)

В этом состоит принципиальное отличие предлагаемого подхода, что позволит повысить разрешающую способность самого приема.

Расчетные значения расхода СаСО₃ для сдвига рН на 0,1 ед. в различных интервалах рН для основных типов почв ЦЧЗ разного гранулометрического состава подтверждают соответствующие их нормативные значения (Нормативы…,1980; Рекомендации…, 1983; Рекомендации…, 1993).

При наличии данных агрохимического анализа почв оцениваются необходимые показатели для каждого рабочего или элементарного участка.

Величина (М) определяется по полной емкости катионного обмена

(21)

Для слабокислых почв приближенное значение (М) определяется в более простой форме:

или 0.5 ЕКО_П (22)

где ЕКО_П = S + Нг, рН_Н = 7,4 ед., ф - показатель удельной дифференциальной емкости (мг-экв/100г. ед.рН·М).

5. Обоснование концепции кислотно-основного статуса почв

Взаимосвязь ППК почв и содержания водорастворимых оснований.

При изменениях кислотности почвенной среды изменяется степень диссоциации функциональных групп ППК и величина заряда на поверхности почвенных частиц: отрицательный потенциал падает при подкислении и возрастает - при подщелачивании (Возбуцкая, 1964; Сидорова, Фридрихсберг, Кибирова, 1974; Сидорова и др., 1976; Роуэлл, 1998). Из этого следует, что менее кислым, более насыщенным основаниями почвам соответствует и более высокая концентрация их в жидкой фазе, а поскольку ионообменные взаимодействия даже в условиях естественной влажности протекают относительно быстро, то это предполагает в системе < ППК - раствор > состояние, близкое к равновесному.

Поскольку фактором, инициирующим само перераспределение катионов в системе « ППК - почвенный раствор» является изменение их концентрации в растворе (в результате природных или антропогенных факторов), то состав ионов ППК в большей мере определяется составом почвенного раствора, и его роль носит характер обратной связи, являясь фактором стабилизации кислотно- основного состояния почвы.

В условиях стационарного полевого опыта ВНИИЗ и ЗПЭ при воздействии различных факторов, которые способны нарушать равновесие в почвенной системе, установлена тесная зависимость значений содержания водорастворимых оснований (1:5) S_вод (Са+Мg, мг-экв/100г) и концентрации их в растворе, приведенном к стандартным условиям, от значений актуальной и обменной кислотности, определены ее параметры (табл. 11). Гранулометрический состав почвы (чернозема типичного) однородный: содержание физической глины (< 0,01 мм) колеблется в узком интервале - от 48,5 до 51,5 %.

Таблица 11. Статистическая характеристика выборки показателей свойств почв (n=340)

Показатель	X	Xmin	Xmax	Sx	Kv,%
Гумус, % рНKCL рНН2О Sвод (Са+Мg), мг-экв/100г.	5,60 6,11 6,91 0,54	4,66 5,00 5,90 0,24	6,54 7,60 8,21 1,39	0,02 0,04 0,04 0,01	6,8 12,5 9,6 50,0
НВ% (расчетное)* СНВ, мг-экв/л (расчетное)**	32,9 16,67	31,5 7,5	34,2 43,2

**Концентрация оснований С_НВ(Са²⁺+Мg²⁺, мг-экв/л) в почве при наименьшей влагоемкости определена по данным анализа водной вытяжки из почвы (1:5) и величин наименьшей влагоемкости ( Минашина, 1970; Барон, Токарев, 1979; Ковда, 1988).

*Величины наименьшей влагоемкости почв (НВ%) рассчитаны по зависимости от содержания органического вещества (Г%) и физической глины (Фг%) (Ж. Лозе, К. Матье, 1998).

Зависимость концентрации оснований от величин актуальной и обменной кислотности имеет следующие выражения: