WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Борисов Борис Анорьевич

Легкоразлагаемое органическое вещество целинных и пахотных почв зонального ряда европейской части России

Специальность 03.00.27.- почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва-2008

Работа выполнена на кафедре почвоведения Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева

Научный консультант – доктор биологических наук, профессор

Николай Федорович Ганжара

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Лев Оскарович Карпачевский

доктор биологических наук, профессор Вячеслав Григорьевич Ларешин

доктор биологических наук, профессор Сергей Михайлович Надежкин

Ведущая организация:

Почвенный институт имени В.В. Докучаева, г. Москва

Защита состоится . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2008 г.

в . . . . . . .час на заседании диссертационного совета Д.220.043.02 в Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .2008 г.

и помещен на сайте ВАКа www.vak.ed.gov.ru 

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук  В.В. Говорина

Общая характеристика работы

Актуальность. Конференция ООН по окружающей среде, состоявшаяся в Рио-де-Жанейро в 1992 г. приняла Решение о создании модели устойчивого развития биосферы. Это Решение получило государственную поддержку в России в «Концепции перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития». Современный этап развития адаптивно-ландшафтных систем земледелия в России предполагает производство продукции в соответствии с общественными потребностями, обеспечивая при этом создание сбалансированных, высокопродуктивных и устойчивых агроландшафтов, максимально адаптированных к природным условиям региона и обеспечивающих сохранение и повышение плодородия почв.

Для воспроизводства плодородия почвы в традиционном земледелии используют большое количество энергоемких ресурсов. Однако при этом недостаточно учитывается роль почвенно-биологических процессов, тогда как они в определяющей степени обеспечивают воспроизводство плодородия почвы. Интенсивное использование пахотных почв  России привело к снижению содержания гумуса, прежде всего за счет его лабильных, легкоразлагаемых  форм, к увеличению степени выпаханности, снижению биологической активности почв.

Известна cущественная экологическая и агрономическая роль легкоразлагаемого органического вещества почв, однако, ряд аспектов его состояния остаются малоизученными. Недостаточно изучены скорость и уровни накопления лабильного органического вещества в почвах различных природных зон, влияние содержания и состава легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) на различные свойства и режимы почв, скорость трансформации лабильной части органического вещества.

Цель работы. Основная цель исследований заключалась в изучении географических закономерностей формирования и функционирования легкоразлагаемого органического вещества в целинных и пахотных почвах зонального ряда европейской части России.

Задачи работы:

  1. Изучить географические закономерности формирования легкоразлагаемого органического вещества почв зонального ряда.
  2. Определить величины накопления и скорость трансформации ЛОВ целинных и пахотных почв зонального ряда.
  3. Изучить возможность использования показателей состояния органического вещества почв в качестве индикатора их выпаханности и разработать методику диагностики степени выпаханности почв различных зон по содержанию легкоразлагаемого органического вещества.
  4. Оценить скорость смыва и скорость формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда с использованием показателей гумусового состояния почв.

Научная новизна. Впервые в условиях основных природных зон европейской части России  проведены комплексные исследования состояния легкоразлагаемого (лабильного) органического вещества зональных целинных и пахотных почв. В приоритетном порядке решены следующие вопросы:

1. Показаны географические закономерности формирования легкоразлагаемого органического вещества в целинных и пахотных почвах зонального ряда европейской части России.

2. Определены величины накопления и время практически полного обновления (Т0,96) легкоразлагаемого органического вещества в почвах основных природных зон европейской части России.

3. Разработан, научно обоснован и апробирован способ определения степени выпаханности почв зонального ряда по соотношению лабильных и стабильных форм органического вещества почв.

4. Установлена возможность оценки скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда с использованием показателей гумусового состояния почв.

Защищаемые положения:

  1. Запасы внутрипочвенного легкоразлагаемого органического вещества, включающего корневой опад разной степени разложения и гумификации, в автоморфных целинных и залежных почвах были наиболее высокими и примерно одинаковыми в дерново-подзолистых почвах южно-таежной подзоны, в серых лесных почвах и в черноземах лесостепи. Увеличение количества опада в этом ряду уравновешивалось усилением минерализации. В черноземах степной зоны эти запасы снижались за счет уменьшения количества корневого опада и повышались в каштановых и в светло-каштановых почвах сухих степей из-за иссушения почвенного профиля в летний период и снижения, в связи с этим, интенсивности минерализации;
  2. Явление выпаханности почв связано, в первую очередь, с резким снижением содержания лабильных органических веществ в интенсивно используемых почвах, поэтому для диагностики степени выпаханности целесообразно использовать отношение содержания легкоразлагаемого органического вещества к общему содержанию гумуса. Предлагаются зональные шкалы для характеристики степени выпаханности различных типов почв. Степень выпаханности почв зонального ряда Европейской части России, определенная данным способом, подтверждается изменениями физико-химических, агрохимических и физических свойств исследуемых почв.
  3. Для оценки скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда возможно использовать показатели гумусового состояния данных почв. Для трех из пяти исследованных типов среднесмытых почв зонального ряда наблюдалось примерное равенство скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта, для двух других типов отмечено превышение скорости смыва над скоростью гумусообразования.

Практическая значимость. Для практического использования разработан способ определения степени выпаханности почв по соотношению лабильных и стабильных частей органического вещества почв, позволяющий использовать показатели степени выпаханности проектными организациями в работах при оценке уровней плодородия почв и выработке первоочередных мероприятий для повышения плодородия.

Результаты исследований использовались при выполнении работ по грантам РФФИ  № 00-04-48060 «Разработка метода определения экологических нормативов допустимой эрозии почв (на примере южно-таежных и лесостепных районов европейской территории России)» и 03-04-49314 «Легкоразлагаемое органическое вещество почв (концептуальная модель формирования и функционирования в почвах зонального ряда)», по Государственному контракту с МСХ РФ на выполнение методических разработок для нужд агропромышленного комплекса по теме: «Разработать методические рекомендации по диагностике степени выпаханности основных зональных типов почв европейской части России», по Государственному контракту с МСХ РФ на выполнение научно-исследовательских работ по теме: «Проведение научных исследований и разработка новых технологий оптимизации физических свойств сильновыпаханных дерново-подзолистых и черноземных почв Российской Федерации».

Теоретические положения диссертации используются в курсах лекций по почвоведению в Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева, Воронежском ГАУ имени К.Д. Глинки, Нижегородском ГАУ. Методика определения содержания и состава ЛОВ в почвах, а также методика расчета степени выпаханности почв опубликованы в учебном пособии для студентов агрономических специальностей – Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов, Р.Ф.  Байбеков «Практикум по почвоведению», М. «Агроконсалт», 2002.

Апробация работы. Результаты научных исследований были представлены на Международных, Всероссийских, региональных и вузовских конференциях (1986–2008), в том числе на VIII Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), III съезде Докучаевского общества почвоведов РАН (Суздаль, 2000), IV съезде Докучаевского общества почвоведов РАН (Новосибирск, 2004), V съезде Докучаевского общества почвоведов РАН (Ростов, 2008).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 48 научных работ, в том числе 10 работ в рекомендованных ВАКом изданиях, монография «Гумусообразование и агрономическая оценка органического вещества почв», получено авторское свидетельство СССР № 1559292 «Способ определения содержания элементов питания в легкоразлагаемых органических веществах почв».

В работе использованы материалы, полученные автором совместно с аспирантами Т.В. Таразановой и И.А. Нетесоновой.

Автор глубоко признателен своим коллегам – заведующему кафедрой почвоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, профессору, академику РАСХН В.И. Кирюшину и всему коллективу кафедры за ценные советы и поддержку при выполнении работы. Особенно благодарен автор профессору Н.Ф. Ганжаре за оказанную консультативную помощь.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, изложена на 290  стр. машинописного текста, включает  46 таблиц,  19  рисунков и список литературы из 430  наименований.

1. Современные представления о составе и свойствах органического вещества почв

Изучение гумусовых веществ было начато задолго до того, как почвоведение сформировалось в качестве научной дисциплины. Появление работ В.В. Докучаева послужило началом для исследования гумуса с позиций генетического почвоведения. Изучению органического вещества почвы посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых – П.А. Костычева, В.Р. Вильямса, И.В. Тюрина, М.М. Кононовой, Л.Н. Александровой, В.В. Пономаревой, Д.С. Орлова, И.С. Кауричева, В.И. Кирюшина, А.Д. Фокина, В.А. Черникова, Л.К. Шевцовой,  С. Ваксмана, М. Шнитцера, В. Фляйга, Ф. Дюшофура, Р. Тейта и других. К настоящему времени накоплен огромный фактический материал, характеризующий состав и свойства органического вещества почвы, его роль в плодородии, однако, многие аспекты проблемы органического вещества почв требуют дальнейшего развития и углубления.

В последние годы многие исследователи при оценке качественного состава органического вещества почв предлагают обращать внимание не только на фракционно-групповой состав гумуса, определенный на основе метода  И.В. Тюрина и его модификаций, но и на соотношение в органическом веществе группы устойчивых (консервативных) веществ и группы лабильных соединений (Р. Тейт III, 1991; В.И. Кирюшин, 1993; Н.Ф. Ганжара, Д.С. Орлов, 1993, Б.М. Когут, 2000). Как показывают исследования ряда авторов (М.М. Кононова, 1963; В.В. Пономарева, 1980; А.П. Щербаков, 1987; Н.Ф. Ганжара, 1989; С.М. Надежкин, 1999), групповой и фракционный состав гумуса довольно устойчив и изменяется только при резком изменении условий гумусообразования. Это позволило сделать вывод о том, что групповой и фракционный состав гумуса, в основном, характеризует генетические свойства почв и в значительно меньшей степени агрономические.

Группа консервативных соединений объединяет те компоненты ор­ганического вещества почвы, которые определяют типовые показатели почв, формирующиеся в течение длительного времени и сохраняющиеся в вековых циклах. Прежде всего, это зрелые гумусовые кислоты почвы, гуматы кальция, другие органо-минеральные  вещества, гиматомелановые кислоты, гумин. Они существуют в почвах сотни и тысячи лет, медленно минерализуются и обусловливают устойчивые свойства почвы, присущие ей типовые признаки. С содержанием, составом и свойствами этих веществ связаны окраска почв, тепловой режим, водно-физические характеристики, емкость поглощения, буферность почв, потенциальные запасы элементов питания. Все эти вещества лишь в очень малой степени непосредственно участвуют в питании растений, но создают для них благоприятную среду (Н.Ф. Ганжара, Д.С. Орлов, 1993).

Положительная агрономическая роль консервативных компонентов почвенного гумуса наиболее отчетливо проявляется в экстремальных си­туациях: в засушливые периоды, при избыточном увлажнении и химическом загрязнении почв, малогумусированные почвы всегда менее эрозионноустойчивы.

Группа лабильных органических веществ включает неразложившиеся органические остатки растительного и животного происхождения, детрит, низко- и среднемолекулярные углеводы, аминокислоты, пептиды и другие неспецифические соединения, новообразованные гуминовые и фульвокислоты, непрочно связанные с минеральной частью почвы.

Скорость обновления лабильных (легкоразлагаемых) органических веществ в почвах измеряется годами и десятками лет.

Поскольку легкоразлагаемое органическое вещество является наиболее динамичной составляющей органического вещества почв, оно принимает существенное участие во многих функциях почв и биосферы: питании растений и почвенных животных; биологической активности почв; фиксации атмосферного азота; регулировании состава почвенного и атмосферного воздуха; формировании почвенной структуры и физических свойств; сорбции и накоплении тяжелых металлов и радионуклидов и других загрязняющих веществ. Можно предполагать, что в разных типах почв функции ЛОВ могут иметь существенные различия, связанные с различной скоростью трансформации ЛОВ.

Содержание легкоразлагаемого органического вещества в пахотном слое почв колеблется в довольно широких пределах – от 0,1% до 1,5–2% от массы почвы (Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов, 1997; И.Н. Шарков, 1997; С.М. Надежкин, 1999). Причем для пахотных почв количество его практически не зависит от генетического типа почвы, а опре­деляется характером использования пашни. Здесь имеет значение уровень агротехники, особенности возделываемых культур, система применения удобрений, в первую очередь органических.

Содержание легкоразлагаемого органического вещества в почвах характеризуется отчетливо выраженной сезонной динамикой, связанной с процессами его разложения, наиболее проявляющимися в первой половине вегетации и с процессами накопления корневой массы растений. При возделывании пропашных культур, имеющих невысокое поступление корневых остатков, наблюдается снижение содержания ЛОВ в течении вегетационного периода. Наиболее существенное снижение содержания ЛОВ за вегетационный период наблюдается под чистым паром.

Легкоразлагаемое органическое вещество почв является важным ис­точником питательных веществ для растений.

Важнейшей характеристикой легкоразлагаемого органического вещества является содержание в нем азота, а также величина отношения С : N, влияющая на скорость разложения ЛОВ. По нашим данным, основная часть почвенного азота поступает именно из легкоразлагаемого органического вещества, это подтверждается высокой степенью корреляционной связи урожая с содержанием ЛОВ в условиях специальных опытов. Сопоставление урожаев с содержанием ЛОВ и с возможным высвобождением азота позволило сделать заключение о том, что оптимальные значения содержания углерода ЛОВ для зерновых культур находятся в пределах 0,2–0,4% от массы почвы или 6–12 т/га в пахотном слое. При таком содержании ЛОВ с отношением С : N менее 25 урожай зерновых не лимитируется почвенным азотом. В случае, если в составе ЛОВ отношение С : N более 25, необходимо вносить азот в виде минеральных удобрений для оптимизации этого отношения, так же как и при внесении соломы зерновых.

Наши исследования показали, что содержание азота в составе ЛОВ варьирует от 2,4% до 3,9%, а отношение С : N от 12,8 до 20,9. В составе ЛОВ может содержаться        0,4–1,0% фосфора, 0,5–1,2% калия, а также значительные количества микроэлементов. При этом ежегодное высвобождение элементов из ЛОВ сопоставимо с выносом их урожаем (Е.М. Середова, 1998).

Биохимический состав сухого вещества легкоразлагаемых органических веществ очень разнообразен. В составе ЛОВ имеются лигнин – 15–25%, целлюлоза – 5–10%, сахара – до 5%, протеин – до 5%, крахмал – в пределах 1%.

2. Объекты и методы исследований

Объектами исследований при выполнении данной работы являлись почвы зонального ряда европейской части России, наиболее широко используемые в сельскохозяйственном производстве – дерново-подзолистые почвы южно-таежной подзоны (Ивановская и Московская области), светло-серые, серые и темно-серые лесные почвы лесостепной зоны (Московская область), черноземы оподзоленные, выщелоченные и типичные лесостепной зоны (Рязанская, Тамбовская и Воронежская области), черноземы обыкновенные и южные степной зоны (Волгоградская область), каштановые и светло-каштановые  почвы сухостепной зоны (Волгоградская область). Изучалось состояние легкоразлагаемого органического вещества как пахотных, так и целинных (залежных) почв представленного ряда.

На каждой почвенной разности образцы отбирались из основного разреза по генетическим горизонтам, кроме того, образцы отбирались из гумусовых горизонтов (на целинных почвах) или из пахотных горизонтов (на освоенных почвах) из 10 точек в пределах  площадок размером 5050 м.

Лабораторные анализы почв выполнялись по общепринятым методикам, содержание легкоразлагаемого органического вещества и элементов питания растений в его составе определяли по предложенной нами методике отделения ЛОВ от минеральной части почвы и стабильных гумусовых веществ с помощью тяжелой жидкости плотностью 1,8 г/см3 (концентрированный раствор иодида натрия), а для более тонкого препаративного отделения проводили повторную флотацию в тяжелой жидкости с плотностью 1,6 г/см3 (Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов, 1989).

Об интенсивности преобразования органического вещества можно судить по величине подстилочно-опадного коэффициента (ПОК), или коэффициента разложения Кд — отношение массы подстилки к массе зеленой части опада. ПОК или Кд отражает предельную величину накопления подстилки из единицы источников за год в почвах, достигших квазиравновесного состояния (Н.Ф. Ганжара, 1997). Время практически полного обновления (Т0,96), т. е. обновления на 96%  рассчитывали по формуле:

  Т0,96 = 3

где N0 — запасы лесной подстилки или внутрипочвенного ЛОВ (т/га);

n — скорость обновления (т/га в год).

За n принимали количество годового опада, поскольку в биогеоценозах, достигших квазиравновесного состояния количество разлагающихся органических веществ, примерно, равно количеству поступающего опада. Такими статьями расхода органических веществ, как вынос в нижележащие горизонты и закрепление в форме гумуса можно пренебречь, так как их доля в общем балансе потерь относительно невелика.

По результатам определений проводилась математическая обработка, дисперсионный и корреляционный анализы выполнялись с помощью программного комплекса STRAZ.

3. Состояние легкоразлагаемого органического вещества почв зонального ряда и географические закономерности его формирования и функционирования

3.1 Легкоразлагаемое органическое вещество лесных подстилок

Легкоразлагаемое органическое вещество (ЛОВ) можно подразделить на внутрипочвенное и напочвенное. Типичным примером напочвенного ЛОВ являются лесные подстилки и степной войлок. Их состав и географические закономерности накопления изучены наиболее полно (С.В. Зонн, Л.О. Карпачевский, Л.Г. Богатырев и др.).

Формирование лесных подстилок происходит под воздействием следующих основных факторов: гидротермические условия (зональные), степень гидроморфизма (внутризональные), количество и состав опада (обогащённость азотом и основаниями, биохимический состав), наличие оснований в почвенно-грунтовых водах и почвообразующих породах, реакция среды.

В пределах однотипных фитоценозов в автоморфных почвах запасы подстилки снижаются с севера на юг от 30–40 т/га в средней тайге до 10–20 т/га в южной при практически полном отсутствии в лесостепной зоне. По мере нарастания гидроморфности запасы подстилки возрастают во всех зонах в 2–3 раза. Как правило, таким же образом изменяются и мощности подстилок, которые имеют максимальные значения 10–12 см и в более теплых условиях лесостепной зоны снижаются до полного отсутствия.

Результаты расчетов времени практически полного обновления лесных подстилок в разных природных зонах представлены в табл. 1. Время практически полного обновления лесных подстилок довольно хорошо согласуется с условиями их формирования и закономерно снижается с севера на юг от 58,6 лет в тундре до 1–1,2 лет в лесостепной зоне. Эти показатели на порядок ниже показателей полученных методом радиоуглеродного датирования (А.Е. Черкинский, С.В. Горячкин, 1990).

Таблица 1.

Масса подстилки, опада и время практически полного обновления лесных подстилок (степного войлока) в разных природных зонах

Объект

Почва

Масса, т/га

Т0,96, лет

Источник

опада

подстилки

Тундра кустарничково-осоково-моховая

Тундровая глеевая типичная

0,33

6,45

58,6

Богатырев, 1974

Тундра кустарничково-моховая

Болотно-тундровая

1,13

11,46

30,4

— »—

Средняя тайга

сосново-еловый черничного типа

Подзолистая

3,15

40,11

38,2

Ганжара, Смоленцева, 1978

Сосняк-брусничник

Слабо-подзолистая

2,30

34,53

45,0

Гришина, 1986

Ельник кисличник

Дерново-скрыто-подзолистая

6,40

17,70

8,3

— » —

Сосняк бруснично-черничный

Подзолистая, песчаная

3,3

17,5

15,9

Вайчис, 1972

Ельник кисличник

Бурая лесная

4,5

8,5

5,7

— »—

Дубрава с разнотравьем

Бурая лесная

4,1

6,65

4,9

— »—

Березняк

Бурая лесная

5,0

3,3

2,0

—»—

Дубрава с травами

Бурая лесная

5,8

6,7

3,5

—»—

Сосна с ярусом липы

Дерново-подзолистая

3,9

6,9

5,3

Ганжара, 1989

Лесостепь разнотравно-типчаково-костровая

Черноземно-луговая

3,9

3,0

2,3

Самойлова, 1982

Лесостепь Ковыльно-костровая

Чернозем типичный

3,5

1,2

1,0

Родин, Базилевич, 1965

Радиоуглеродный возраст подстилок измеряется первыми сотнями лет (следует отметить, что радиоуглеродным методом определяли возраст гумусовых веществ в составе подстилок). Сложнее обстоит вопрос с определением скорости обновления детрита в грубогумусовых горизонтах подзолистых почв и гумусово-элювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв. По нашим данным содержание ЛОВ (детрита) в 3–15 см слое этих почв составляет 5–10 т/га и подвергается существенным сезонным колебаниям, достигающим 30% от общего содержания в течение теплого сезона, что позволяет предполагать примерно такую же скорость их обновления, как и у лесных подстилок.

3.2  ЛОВ гумусовых горизонтов целинных и залежных почв зонального ряда

В табл. 2 представлены материалы по содержанию ЛОВ в целинных и залежных почвах различных природных зон. Наиболее высоким и примерно одинаковым (около 0,5% от массы почвы) содержание углерода легкоразлагаемого органического вещества (СЛОВ) было в почвах южной тайги и лесостепной зоны, по-видимому, такое равенство в содержании и запасах ЛОВ объясняется тем, что увеличение опада в пределах этого ряда уравновешивается усилением минерализации; наиболее низкие показатели СЛОВ наблюдались в черноземах обыкновенных и южных степной зоны – 0,14–0,23%. В каштановых и светло-каштановых почвах сухостепной зоны содержание СЛОВ было заметно выше, чем в черноземах степной зоны – 0,30–0,68%. Резкое снижение содержания и запасов ЛОВ в залежных черноземах степной зоны, возможно, объясняется выпаханностью данных почв (до перехода в залежь), а также более низким поступлением растительных остатков по сравнению с целинными почвами (из-за специфического характера растительности на залежи).

В почвах зонального ряда от дерново-подзолистых почв южной тайги к черноземам степной зоны наблюдалась устойчивая тенденция снижения относительного содержания СЛОВ в % от содержания общего углерода (Собщ). Однако, при движении далее на юг – к каштановым  и светло-каштановым  почвам сухой степи эта тенденция нарушилась – содержание СЛОВ в  этих почвах и относительное его содержание в составе общего органического вещества было выше, чем в черноземах степной зоны. Учитывая, что ежегодное поступление количества источников гумуса (растительного опада) имеет обратную направленность, т.е. уменьшается в зоне сухих степей по сравнению со степной зоной, повышенное накопление ЛОВ в почвах сухостепной зоны, по-видимому, следует объяснить резким снижением биологической активности в засушливых условиях сухостепной зоны и, как следствие, уменьшением интенсивности процессов разложения, минерализации и гумификации поступающих растительных и животных остатков. Результатом этого явилось увеличение накопления ЛОВ в почвах и повышение его относительного содержания в составе общего органического вещества. Данные предположения косвенно подтверждались результатами расчетов корреляционной зависимости показателей состояния легкоразлагаемого органического вещества почв (содержание СЛОВ, запасы СЛОВ, отношение СЛОВ к Собщ) от климатических показателей (сумма активных температур, количество осадков, коэффициент увлажнения).

Таблица 2. Показатели накопления органического вещества в целинных и залежных почвах различных природных зон

Тип почвы, горизонт,

глубина (см),

биоценоз

Собщ

Слов,

Слов, % к Собщ

Т0,96, лет

Запасы ЛОВ, т/га

VCЛОВ

VCобщ

% к массе почвы

1

2

3

4

5

6

7

Южная тайга, Ивановская область

Дерново-подзолистая среднесуглинистая, А1, 3–20, елово-березовый, разнотравье

1,76

0,62

35,2

30

31,6

12,4

17,5

Дерново-подзолистая средне-суглинистая, А1, 2–23, залежь

1,87

0,54

28,8

32

34,0

7,8

21,2

Дерново-подзолистая тяжело-суглинистая, А1, 3–22, залежь

1,64

0,73

44,5

40

41,6

11,3

18,9

Южная тайга, Московская область

Дерново-подзолистая среднесуглинистая, А1, 3–21,

елово-березовый

2,24

0,48

21,4

20

26,0

7,8

21,2

Дерново-подзолистая тяжело-суглинистая, А1, 2–22, залежь

2,09

0,48

23,0

22

28,8

10,3

15,4

Лесостепь, Московская область

Светло-серая лесная среднесуглинистая, А1, 2–21, березовый лес

2,12

0,53

25,0

14

28,2

7,9

15,3

Светло-серая лесная средне-суглинистая, А1, 3–24, залежь

2,55

0,52

20,4

16

30,6

8,9

14,8

Серая лесная среднесуглинистая, А1, 3–25, залежь

2,81

0,46

16,3

14

26,4

13,6

11,8

Продолжение таблицы 2

1

2

3

4

5

6

7

Лесостепь, Рязанская область

Чернозем оподзоленный тяжело-суглинистый, А, 3–26, залежь

3,54

0,88

24,9

16

52,6

7,1

14,0

Чернозем оподзоленный тяжело-суглинистый, А, 2–27, залежь

3,63

0,38

10,4

8

22,8

10,3

9,7

Лесостепь, Тамбовская область

Чернозем выщелоченный тяжело-суглинистый, А, 2–28, залежь

3,04

0,28

9,2

8

19,0

10,4

15,3

Чернозем типичный средне-суглинистый, А, 3–28, залежь

4,17

0,39

9,3

8

23,6

12,6

11,2

Лесостепь, Воронежская область

Чернозем выщелоченный средне-суглинистый, А, 3–27, лесополоса

3,47

0,65

18,7

12

37,4

5,8

13,7

Чернозем выщелоченный средне-суглинистый, А, 2–25, залежь

2,30

0,27

11,7

6

15,0

6,4

12,3

Чернозем типичный тяжело-суглинистый, А, 3–28, залежь

4,34

0,43

9,9

8

25,8

7,5

13,9

Степь, Воронежская область

Чернозем обыкновенный тяжело-суглинистый,  А, 2–26, залежь

3,16

0,27

8,5

6

16,8

11,1

10,6

Степь, Новоаннинский район, Волгоградская область

Чернозем обыкновенный тяжело-суглинистый,  А, 2–26, залежь

2,77

0,23

8,3

6

14,4

8,3

17,9

Чернозем южный тяжело-суглинистый, А, 2–23, залежь

2,56

0,14

5,2

4

8,2

8,6

19,2

Сухая степь, Городищенский район, Волгоградская область

Каштановая среднесуглинистая, А, 0–22, залежь

1,31

0,35

26,7

18

23,2

12,9

23,6

Каштановая среднесуглинистая, А, 2–23, лесополоса с разнотравьем

1,63

0,68

42,3

32

42,8

11,6

23,2

Сухая степь, Средне-Ахтубинский район, Волгоградская область

Светло-каштановая средне-суглинистая,  А, 0–20, залежь

0,94

0,30

32,6

18

18,0

14,4

23,6

Светло-каштановая средне-суглинистая,  А, 0,21, залежь

1,03

0,36

35,0

22

22,6

15,6

23,7

НСР0,05

0,43

0,08

Примечание. V – коэффициент вариации для площадок 5050 м;

НСР0,05 – наименьшая существенная разность при 5% уровне значимости

Например, при расчете корреляционной зависимости отношения СЛОВ к Собщ от коэффициента увлажнения  во всем зональном ряду коэффициент корреляции составил 0,19, а в том же ряду без каштановых почв сухих степей коэффициент корреляции составил 0,89. Таким образом, в ряду, не включающем каштановые почвы, наблюдалась тесная корреляция между изучаемыми показателями, а при добавлении в тот же ряд каштановых почв корреляция становилась слабой, по-видимому, в каштановых почвах сильнее действовал фактор снижения интенсивности минерализации из-за иссушения почвенного профиля. При расчете корреляционной зависимости содержания ЛОВ для всего зонального ряда от продолжительности периода биологической активности (ПБА) по Д.С. Орлову коэффициент корреляции составил 0,63, что подтвердило связь величины накопления ЛОВ и биологической активности.

Величина времени практически полного обновления ЛОВ (Т0,96) последовательно уменьшалась в ряду: дерново-подзолистые – серые лесные – черноземы лесостепной зоны – черноземы степной зоны и далее заметно увеличивалась в каштановых почвах сухих степей.

В таблице 3 представлены результаты определения степени гумификации ЛОВ почв зонального ряда.

Степень гумификации ЛОВ (содержание гумусовых кислот в составе ЛОВ, определенное в пирофосфатной вытяжке из ЛОВ) во всех исследованных почвах зонального ряда была невелика – не превышала 15% и увеличивалась от дерново-подзолистых почв к черноземам лесостепной зоны и затем снижалась в черноземах степной зоны и далее в каштановых и светло-каштановых почвах. Состав гумусовых веществ ЛОВ (СГК/СФК в ЛОВ), в целом, был аналогичен составу гумуса соответствующих типов почв.

Для сравнительного анализа гуминовых веществ (ГВ), выделенных из дерново-подзолистой почвы, чернозема типичного и каштановой почвы, а также из соответствующих каждой почве легкоразлагаемых органических веществ, были проведены электрофорез в 10%-ном полиакриламидном геле в присутствии денатурирующих агентов и эксклюзивная хроматография на сефадексе G-75 в 7М мочевине. ГВ исследуемых почв и ГВ соответствующих им ЛОВ обладали существенными различиями, включающими изменение интенсивности природной окраски электрофоретических фракций и возможного молекулярно-массового распределения. Фракция А, не входящая в 10%-ный полиакриламидный гель, окрашивалась специфичным для белков красителем как в почвенных, так и в детритных препаратах ГВ. Впервые было обнаружено, что фракция В во всех исследованных  детритных ГВ, в отличие от ГВ почв хорошо окрашивалась красителем, специфичным для белков. Отсюда следует, что в процессе гумификации детритов происходит существенная

Таблица 3.

Степень гумификации легкоразлагаемого органического вещества
целинных и залежных почв зонального ряда

Тип почвы, горизонт,

глубина (см),

Собщ

СЛОВ,

С вытяжки из ЛОВ

С  вытяжки из ЛОВ

СГК

СФК

СГК

СФК

в ЛОВ

в ЛОВ

% к массе почвы

% к СЛОВ

Дерново-подзолистая среднесуглинистая, А1, 4–19

1,34

0,12

0,0056

4,7

2,1

2,6

0,8

Дерново-подзолистая тяжело-суглинистая, А1, 2–22

2,09

0,48

0,0211

4,4

2,1

2,3

0,9

Светло-серая лесная среднесуглинистая, А1, 2–21

2,12

0,53

0,0268

5,1

2,7

2,4

1,1

Серая лесная среднесуглинистая, А1, 3–24

2,55

0,52

0,0244

4,7

2,6

2,1

1,2

Чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый, А, 3–26

3,54

0,88

0,0981

11,1

7,6

3,5

2,2

Чернозем выщелоченный  тяжелосуглинистый, А, 2–28

3,04

0,28

0,0372

13,3

9,4

3,9

2,4

Чернозем  обыкновенный тяжелосуглинистый,  А, 2–26

2,77

0,23

0,0263

11,4

7,7

3,7

2,1

Чернозем южный тяжелосуглинистый, А, 2–23

2,56

0,14

0,013

9,3

6,2

3,1

2,0

Каштановая среднесуглинистая,  А, 2–23

1,63

0,68

0,0496

7,3

4,0

3,3

1,2

Светло-каштановая среднесуглинистая,  А, 0–20

0,94

0,30

0,0147

4,9

2,0

2,9

0,7

трансформация протеинов. Исходя из этих данных, можно предположить, что трансформация биологических остатков в ГВ происходит в направлении от высокомолекулярных компонентов к низкомолекулярным, что может служить подтверждением основного положения теории гумификации, разработанной И.В. Тюриным и Л.Н. Александровой, о том, что главным направлением процесса гумификации являются реакции медленного биохимического окисления высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение.

В таблице 4 представлены результаты изучения легкоразлагаемого органического вещества некоторых полугидроморфных почв зонального ряда. По сравнению с автоморфными почвами зонального ряда, в зональном ряду полугидроморфных почв наблюдались несколько иные закономерности накопления ЛОВ – отмечалась тенденция последовательного снижения содержания ЛОВ в ряду от дерново-подзолистой глееватой почвы южно- таежной подзоны к лугово-каштановой почве зоны сухих степей.

Таблица 4.

Показатели накопления органического вещества
в полугидроморфных почвах различных природных зон

Тип почвы, горизонт, глубина, см

Собщ

СЛОВ

СЛОВ, % к Собщ

T0,96, лет

Запасы ЛОВ, т/га

VСобщ

VСЛОВ

% к массе почвы

Южная тайга, Московская область

Дерново-подзолистая глееватая тяжелосуглинистая, А1, 3–18

2,68

0,77

28,7

26

35,6

11,6

20,1

Лесостепь, Московская область

Темно-серая лесная глееватая среднесуглинистая, А1, 3–25

3,61

0,62

17,2

14

32,8

9,2

14,6

Лесостепь, Рязанская область

Лугово-черноземная оподзоленная тяжелосуглинистая, А, 4–29

4,24

0,53

12,5

8

31,8

7,3

13,6

Лесостепь, Тамбовская область

Лугово-черноземная выщелоченная тяжелосуглинистая, А, 4–27

4,74

0,48

10,1

6

24,2

8,1

15,1

Степь, Новоаннинский район Волгоградская область

Лугово-черноземная тяжелосуглинистая, А, 2–24

3,49

0,29

8,3

4

15,4

5,8

10,8

Сухая степь, Городищенский район Волгоградская область

Лугово-каштановая среднесуглинистая, А, 1–19

2,17

0,23

10,6

6

11,6

9,6

12,9

Примечание. V – коэффициент вариации для площадки 2020 м;

Это объясняется тем, что все почвы данного ряда имели дополнительное увлажнение, поэтому биологическая активность почв, определяющая скорость минерализации поступающего в почвы опада, зависела, в основном, от обеспеченности теплом. Этот вывод подтверждался тесной (обратной) корреляционной зависимостью между суммой активных температур и содержанием и запасами ЛОВ в почвах исследуемого ряда. Для времени практически полного обновления ЛОВ в данном ряду также наблюдалась тенденция к снижению от дерново-подзолистой глееватой почвы к лугово-каштановой почве. Тот факт, что в полугидроморфных почвах сухостепной зоны не наблюдалось увеличения содержания ЛОВ по сравнению с полугидроморфными почвами степной зоны, подтверждает наше предположение о том, что увеличение содержания ЛОВ в каштановых почвах по сравнению с черноземами степной зоны происходит вследствие снижения интенсивности минерализации, обусловленного иссушением почвенного профиля.

3.3  Легкоразлагаемое органическое вещество пахотных горизонтов почв зонального ряда

В пахотных почвах по сравнению с целинными резко изменяются количество и состав источников гумуса. Они представлены послеуборочными остатками (корневые + пожнивные) и органическими удобрениями. В среднем,  по нашим расчетам в полевых севооборотах южной тайги количество послеуборочных остатков составляет 3–4 т/га, в лесостепной зоне 4–5 т/га, в степной 3–4 т/га. Органические удобрения длительное время, начиная с 30-х годов прошлого столетия, вносились в очень небольших количествах (не более 1 т/га сухого вещества по отчетным данным). Исключение составляли только овощные севообороты и прифермские участки, где дозы органических удобрений были более высокими.

Нашими исследованиями установлено, что содержание ЛОВ в пахотных почвах различных природных зон колеблется от сотых долей процента до 2% и более в зависимости от количества поступающих источников гумуса. Показано, что в условиях опытов с одинаковыми схемами в черноземах лесостепной зоны накапливается примерно в 2 раза меньше ЛОВ по сравнению с дерново-подзолистыми почвами южной тайги  (Ганжара, Борисов, 1997).

В таблице 5 представлены результаты изучения легкоразлагаемого органического вещества пахотных почв зонального ряда.

Наиболее высокие показатели содержания СЛОВ наблюдались в пахотных горизонтах черноземов лесостепной зоны – 0,29–0,31%. В пахотных серых лесных и дерново-подзолистых почвах содержание  СЛОВ было ниже (за исключением дерново-подзолистой среднеокультуренной почвы, в которую регулярно вносили высокие дозы органических удобрений). Наиболее низким уровнем содержания СЛОВ  характеризовались обыкновенные и южные черноземы степной зоны, содержание СЛОВ в каштановых почвах было несколько выше. По относительному содержанию СЛОВ к Собщ более высокие показатели имели дерново-подзолистые и каштановые почвы, меньшие серые лесные и черноземы лесостепной зоны, а наиболее низкие черноземы степной зоны, что можно объяснить напряженностью биологических процессов и особенностями севооборотов в степной зоне – снижением доли многолетних трав, увеличением доли пропашных культур.

Время практически полного обновления (Т0,96) в пахотных почвах отличались от Т0,96 в целинных и залежных аналогах значительной выравненностью в зональном ряду. Тем не менее, в темно-серых лесных, черноземах лесостепной зоны и каштановых почвах показатели времени практически полного обновления были несколько выше, чем в дерново-

Таблица 5.

Показатели накопления органического вещества
в пахотных горизонтах почв различных природных зон

Тип почвы,

глубина пахотного слоя (см)

Собщ

СЛОВ

СЛОВ, % к Собщ

T0,96, лет

Запасы ЛОВ, т/га

VСобщ

VСЛОВ

% к массе почвы

Южная тайга, Московская область

Дерново-подзолистая среднесуглинистая, 0–23

1,11

0,17

15,3

10

10,2

12,1

17,8

Дерново-подзолистая эродированная среднесуглинистая, 0–22

0,96

0,10

10,4

6

6,0

11,3

16,7

Дерново-подзолистая среднеокультуренная среднесуглинистая, 0–26

2,34

0,85

36,3

10

55,2

12,8

18,0

Лесостепь, Московская область

Серая лесная среднесуглинистая, 0–25

1,22

0,12

9,8

6

7,8

11,4

18,3

Темно-серая лесная среднесуглинистая, 0–25

2,26

0,25

11,1

12

15,5

10,3

18,1

Лесостепь, Рязанская область

Чернозем оподзоленный, тяжелосуглинистый, 0–27

3,48

0,29

8,3

14

18,1

7,9

15,2

Лесостепь, Тамбовская область

Чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый, 0–28

3,74

0,31

8,3

16

19,9

6,6

14,1

Степь, Новоаннинский район Волгоградская область

Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый, 0–27

2,56

0,17

6,6

10

11,4

6,7

12,5

Чернозем южный тяжелосуглинистый,  0–25

2,30

0,11

5,4

8

7,2

6,9

12,3

Сухая степь, Городищенский район Волгоградская область

Каштановая среднесуглинистая, 0–24

1,06

0,21

20,0

16

13,6

10,3

18,3

Сухая степь, Средне-Ахтубинский район Волгоградская область

Светло-каштановая среднесуглинистая, 0–23

0,87

0,13

14,6

12

8,2

13,0

19,8

НСР0,05

0,39

0,07





Примечание. V – коэффициент вариации для площадки 5050 м;

НСР0,05 – наименьшая существенная разность при 5% уровне значимости

подзолистых, серых лесных и черноземах степной зоны. Показатели вариабельности (как для Собщ, так и для СЛОВ) в пахотных почвах были ниже, чем в целинных и залежных аналогах. Вариабельность этих показателей у дерново-подзолистых, серых лесных и каштановых почв была несколько выше, чем у черноземов. В пахотных почвах сохранилась тенденция, отмеченная для залежных почв: заметное увеличение относительного содержания СЛОВ  в каштановых почвах, по сравнению с черноземами степной зоны. Однако, различия между черноземами и каштановыми почвами по этому показателю не были такими резкими, как у залежных почв, что связано с нивелирующим действием фактора обработки почв. При расчетах корреляционной зависимости показателей состояния легкоразлагаемого органического вещества пахотных почв зонального ряда (содержание СЛОВ, запасы СЛОВ, отношение СЛОВ к Собщ) от климатических показателей (сумма активных температур, количество осадков, коэффициент увлажнения) установлены такие же тенденции, как и для целинных почв зонального ряда. Например, при расчете корреляционной зависимости отношения СЛОВ к Собщ от количества осадков во всем зональном ряду коэффициент корреляции составил 0,07, а в том же ряду без каштановых почв сухих степей коэффициент корреляции составил 0,82. По-видимому, и в пахотных  каштановых почвах, в отличие от остальных почв зонального ряда, накопление СЛОВ в большей степени определяется не количеством осадков, а снижением интенсивности минерализации в сухой сезон.

В таблице 6 представлены результаты приблизительной оценки вероятного высвобождения азота при минерализации легкоразлагаемого органического вещества.

Таблица 6.

Вероятное высвобождение азота при минерализации ЛОВ
пахотных почв зонального ряда

Почвы

Содержание СЛОВ, %

Запасы ЛОВ, т/га

Среднее Т0,95 ЛОВ, лет

Количество минерализуемого ЛОВ, т/га в год

Вероятное высвобождение N из ЛОВ, кг/га в год

Дерново-подзолистые

0,10–0,20

6–12

9

0,7–1,3

20–40

Серые лесные

0,15–0,25

9–15

11

0,8–1,4

25–42

Черноземы лесостепной зоны

0,25–0,35

15–21

14

1,1–1,5

35–45

Черноземы степной зоны

0,10–0,20

6–12

8

0,8–1,5

25–45

Каштановые

0,15–0,20

9–12

13

0,7–0,9

20–30

Расчеты, представленные в таблице 6 показывают, что количества ежегодно минерализующегося ЛОВ и высвобождающегося при этом азота, в пахотных почвах зонального ряда различаются незначительно. Это связано с нивелированием по природным зонам величин поступления источников гумуса (пожнивно-корневых остатков) в результате использования почв под пашню.

4.  Состояние легкоразлагаемого органического  вещества как показатель степени выпаханности почв

4.1  Выпаханность - наиболее распространенный вид деградации почв

Выпахивание – процесс, при котором происходит снижение уровня плодородия пахотных почв, ухудшение их агрономических свойств (снижение содержания гумуса, обесструктуривание, переуплотнение) в результате использования их при низком уровне поступления в почву источников гумуса – органических удобрений и послеуборочных остатков. Выпаханными могут стать как высокоокультуренные, так и неокультуренные почвы, имеющие как высокое, так и низкое содержание гумуса. Выпаханность является начальной стадией деградации почвенного плодородия. Этот процесс – обратим, поскольку после оптимизации режима использования выпаханных почв их плодородие относительно быстро восстанавливается.

Для того чтобы оценить масштаб проблемы выпаханности почв была проведена приблизительная оценка средневзвешенной степени выпаханности почв областей Центрального федерального округа России – Ивановской, Калужской, Костромской, Смоленской и Тверской, в которых преобладающую часть площадей пахотных почв составляют дерново-подзолистые почвы, а также Белгородской, Воронежской, Курской, Липецкой и Тамбовской, в которых преобладающие площади пахотных почв представлены черноземными почвами. Для оценки степени выпаханности использовались показатели поступления послеуборочных остатков в почвы областей, рассчитанные по величине урожайности, в сумме с внесенными органическими удобрениями (урожайность и количество внесенных органических удобрений были получены из отчетных статистических данных). Расчеты показали, что почвы исследованных областей характеризовались слабой и средней средневзвешенной степенью выпаханности. Такая приблизительная оценка степени выпаханности почв позволяет сделать вывод, что для преобладающей части пахотных почв исследованных областей, занятых полевыми севооборотами, величины поступления свежего органического вещества (послеуборочных остатков и органических удобрений) являются недостаточными и использование почв в таком режиме ведет к развитию выпаханности.

4.2  Использование показателей состояния органического вещества почв в качестве индикатора их выпаханности

Для количественной оценки степени выпаханности почв нами предложено использовать показатель относительного содержания легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ), выраженного в процентах к общему содержанию органического вещества в почвах.

Возможность использования содержания ЛОВ в качестве индикатора степени выпаханности обусловлена несколькими факторами:

1 – ЛОВ является слабогумифицированной фракцией, ее накопление отражает баланс между поступлением и разложением органического вещества, что определяется окружающими условиями;

2 – ЛОВ содержит относительно большое количество углерода и азота, других элементов питания и служит постоянным источником питательных веществ для растений;

3 – эта группа органических веществ чувствительна к изменению агротехники и системы севооборотов и может служить более ранним индикатором изменения плодородия почв, чем содержание общего углерода;

4 – содержание в почве ЛОВ легко регулируется путем изменения структуры посевных площадей и внесения различных органических компонентов (компостов, растительных остатков, торфа, навоза и т.п.).

4.3  Диагностика степени выпаханности почв различных зон по содержанию ЛОВ

Объектами данного исследования являлись почвы зонального ряда от дерново-подзолистых до каштановых. В каждой природной зоне был выбран наиболее контрастный ряд почв по содержанию гумуса, характеру поступления источников гумуса, их составу и (предположительно) по степени выпаханности: почва полевого севооборота без внесения органических удобрений (в последние 20 лет), огородные почвы с внесением высоких доз органических удобрений (более 20 т/га в год в течение 20–30 лет) и почвы залежи, которые не использовались в сельскохозяйственном производстве более 30 лет.

Участки для отбора образцов в каждой зоне находились в одинаковых условиях рельефа, с одинаковыми почвообразующими породами, типом почв и на небольшом удалении друг от друга (в пределах одного хозяйства). Образцы отбирались из основного разреза по горизонтам и дополнительно из пахотного и подпахотного слоев из 5 точек на площадке 5050 м.

Для характеристики степени выпаханности почв нами предложена 25–балльная шкала. Согласно этой шкале к невыпаханным почвам относятся такие, в которых содержание ЛОВ составило 25% и более к содержанию общего органического вещества. Такие почвы имели нулевой балл степени выпаханности. При расчете баллов степени выпаханности для почв, в которых относительное содержание ЛОВ в составе общего органического вещества менее 25%, вычитали это отношение из 25. Таким образом, чем выше балл, тем больше степень выпаханности почв.

Результаты определения содержания гумуса и ЛОВ в исследуемых почвах зонального ряда и степени их выпаханности представлены в табл. 7.

Содержание общего углерода в вариантах «залежь» по сравнению с другими вариантами было наиболее высоким в серых лесных почвах, в черноземах оподзоленных и каштановых почвах. Это объясняется, очевидно, тем, что при сравнимых количествах поступающего в почву органического вещества в вариантах «залежь» и «пашня с использованием органических удобрений» в почвах варианта «залежь» минерализация органического вещества ниже, так как здесь отсутствует механическая обработка почв.

В дерново-подзолистых почвах и в черноземах обыкновенных наиболее высокое содержание общего углерода наблюдалось в вариантах «пашня с использованием органических удобрений», что объясняется внесением очень высоких доз органических удобрений (до 50–70 т/га в год). В почвах всех типов варианта «пашня без внесения органических удобрений» содержание органического вещества низкое. Если принять за 100% содержание органического вещества в почвах варианта «залежь», то в вариантах «пашня без внесения органических удобрений» оно составляло 47–84%. При этом наибольшие различия отмечались для дерново-подзолистых и серых лесных почв и значительно меньшие – для черноземов и каштановых почв, что согласуется с литературными данными.

Зональные особенности накопления ЛОВ находятся в зависимости от биоклиматических условий, типа почвы и характера ценоза, в условиях которого функционирует почва, и раскрываются в процессе сопоставления запасов ЛОВ в естественных биоценозах и агроценозах. Накопление ЛОВ, в основном, зависит от внесения органических удобрений и поступления пожнивно-корневых остатков, поэтому показатели содержания ЛОВ в почвах исследуемых вариантов различаются значительно.

Во всех рассмотренных типах почв содержание СЛОВ в варианте «пашня без органических удобрений» наиболее низкое – от 23 до 37% к его содержанию в почвах залежи. Более высокое содержание ЛОВ в варианте «пашня с органическими удобрениями» по сравнению с вариантом «залежь» наблюдалось только в условиях внесения высоких норм органических удобрений (дерново-подзолистая почва и чернозем обыкновенный).

Таблица 7.

Содержание гумуса, ЛОВ и степень выпаханности почв зонального ряда

Вариант

Горизонт, глубина, см

Собщ, % к массе почвы

СЛОВ, % к массе почвы

СЛОВ, % к Собщ

Степень выпаханности, балл

Дерново-подзолистая

1

Апах (0–25)

1,11

0,17

15,3

9,7

А2В (25–40)

0,53

0,07

13,2

11,8

2

Апах (0–25)

2,34

0,85

36,3

0

А2В (25–40)

0,63

0,18

28,6

0

3

А1 (0–25)

2,09

0,48

23,0

2,0

А2В (25–40

0,79

0,20

25,3

0

НСР

0,12

0,03

-

-

Серая лесная

1

Апах (0–25)

1,22

0,12

9,8

15,2

А1А2 (25–40)

0,63

0,07

11,1

13,9

2

Апах (0–25)

1,90

0,28

14,7

10,3

А1А2 (25–40)

1,19

0,20

16,8

8,2

3

А1 (1–24)

2,55

0,52

20,4

4,6

А1А2 (24–40)

1,18

0,21

17.8

7,2

НСР

0,09

0,02

-

-

Чернозем оподзоленный

1

Апах (0–26)

2,49

0,22

8,8

16,2

А (26–40)

2,12

0,19

9,0

16,0

2

Апах (0–25)

3,44

0,67

19,5

5,5

А (26–40)

2,84

0,27

9,6

15,4

3

А (2–25)

3,54

0,88

24,9

0,1

А (25–40)

2,80

0,47

19,2

5,8

НСР

0,14

0,04

-

-

Чернозем обыкновенный

1

Апах (0–28)

2,96

0,26

8,7

16,3

А (28–40)

2,69

0,19

7,0

18,0

2

Апах (0–28)

5,96

1,78

30,0

0

А (28–40)

3,56

1,19

33,5

0

3

А (2–25)

3,76

0,71

18,9

6,1

А 25–40)

3,52

0,40

14,2

10,8

НСР

0,17

0,05

-

-

Каштановая

1

Апах (0–25)

1,91

0,11

8,7

19,2

АВ (25–40)

1,66

0,10

6,0

19,0

2

Апах (0–25)

2,11

0,23

10,9

14.1

АВ (25–40)

1,77

0,13

7,3

17,7

3

А (1–16)

2,31

0,43

18,6

6,4

АВ (16–40)

1,86

0,25

13,4

11,6

НСР

0,10

0.02

-

-

варианты: 1 – пашня без внесения органических удобрений; 2 – пашня с применением органических удобрений; 3 – залежь

Расчет степени выпаханности почв по отношению СЛОВ к Собщ показал, что степень выпаханности исследуемых типов почв варианта «пашня без органических удобрений» составляла от 9,7 до 19,2 балла, т. е. эти почвы являлись выпаханными; варианта «залежь» – от 0,1 до 6,4 балла. В почвах с очень высокими дозами органических удобрений (дерново-подзолистая и чернозем обыкновенный) балл степени выпаханности равнялся нулю. Наличие выпаханности в залежных почвах показало несовершенство единой шкалы выпаханности для разных типов почв, поэтому позднее были разработаны различные шкалы для разных типов почв.

Для дерново-подзолистых, светло-серых и серых лесных почв использовалась 25-балльная шкала, для темно-серых лесных и черноземов лесостепной и степной зон 15-балльная шкала, для каштановых почв 20-балльная шкала; в этих шкалах при расчете степени выпаханности учитывалось в виде поправочных коэффициентов содержание лабильного гумуса, растворимого в 0,1н NaOH без декальцирования. Кроме того, приблизительный расчет степени выпаханности проводился на основе величин среднегодового поступления послеуборочных остатков и органических удобрений

О физико-химических и агрохимических свойствах исследуемых почв можно судить по данным табл. 8.

Для всех типов почв варианта «пашня без органических удобрений» характерны наиболее низкие показатели емкости катионного обмена (ЕКО) и суммы обменных оснований. Почвы вариантов «пашня с внесением органических удобрений» и «залежь» имели более высокие значения этих показателей и незначительно различались между собой. Изменения величин ЕКО и суммы обменных оснований хорошо согласовывались с содержанием гумуса и ЛОВ. Закономерных изменений гидролитической кислотности и показателей рНН2О и рНКСl не наблюдалось, что можно объяснить значительной вариабельностью этих показателей и проведением известкования на почвах с кислой реакцией.

В вариантах с внесением органических удобрений в большинстве исследуемых типов почв отмечалось более высокое содержание подвижного фосфора и обменного калия по сравнению с почвами варианта «залежь», а наименьшие значения этих показателей наблюдались в почвах варианта «пашня без органических удобрений». Использование почв без внесения органических удобрений и связанный с этим незначительный уровень содержания ЛОВ на фоне низких норм минеральных удобрений обусловили невысокое содержание подвижных форм фосфора и обменных форм калия. При длительном и

Таблица 8.

Физико-химические и агрохимические свойства
пахотных горизонтов исследуемых почв разной степени выпаханности

Вариант

Содержание гумуса, %

рНН2О

рНКСl

Гидроли-тическая кислот-ность

Сумма обмен-ных ос-нований

Емкость катион-ного об-мена

Степень насыщенности основаниями, %

Подвиж-ный фосфор

Обмен-ный калий

М-экв на 100 г почвы

Мг на 100 г почвы

Дерново-подзолистая

1

1,92

6,1

5,2

3,2

9,6

12,8

75,0

5,2

14,7

2

4,03

6,4

5,9

1,8

14,1

15,8

89,2

11,3

29,1

3

3,60

5,7

4,1

4,0

11,6

15,6

74,4

6,1

15,8

НСР

0,21

0,2

0,1

0,3

1,1

-

-

0,3

0,7

Серая лесная

1

2,11

5,9

5,4

3,5

13,2

16,7

79,1

6,8

10,1

2

3,28

6,6

5,9

2,4

19,3

21,7

88,9

15,8

13,0

3

4,39

6,8

5,6

3,9

16,7

20,6

81,0

12,3

24,1

НСР

0,16

0,1

0,1

0,2

1,1

-

-

0,6

0,6

Чернозем оподзоленный

1

4,30

6,1

-

5,1

29,6

34,6

85,6

5,1

14,2

2

5,93

7,0

-

4,9

33,8

38,7

87,3

11,4

19,7

3

6,11

7,1

-

4,2

36,7

40,9

90,0

7,2

17,6

НСР

0,24

0,1

-

0,1

0,9

-

-

0,4

0,1

Чернозем обыкновенный

1

5,11

6,9

-

-

-

32,9

-

8,8

6,1

2

10,29

7,2

-

-

-

41,9

-

38,5

24,3

3

6,48

7,1

-

-

-

37,2

-

13,9

10,8

НСР

0,29

0,1

-

-

-

-

-

1,0

0,1

Каштановая

1

3,31

7,2

-

-

-

21,9

-

2,3

12,1

2

3,65

7,1

-

-

-

24,4

-

4,8

22,1

3

3,98

7,6

-

-

-

23,7

-

2,8

16,4

НСР

0,17

0,1

-

-

-

-

-

0,1

0,8

варианты: 1 – пашня без внесения органических удобрений; 2 – пашня с применением органических удобрений; 3 – залежь.

систематическом внесении органических удобрений происходило увеличение содержания органического вещества, накопление ЛОВ и повышение или сохранение близкого к исходному уровню содержания гумуса, а также улучшение физико-химических и агрохимических свойств почв.

В табл. 9 представлены результаты определения общих физических свойств и показателей структурного состояния пахотного слоя исследуемых почв. В наименьшей степени уплотнению были подвержены почвы вариантов «пашня с внесением органических удобрений» (0,89–1,20 г/см), в наибольшей – выпаханные почвы вариантов «пашня без органических удобрений» (1,22–1,30 г/см), но, тем не менее, последние находились в диапазоне оптимальной

Таблица 9.

Общие физические свойства и показатели структурного состояния пахотного слоя исследуемых почв

Почва

Дерново-подзолистая

Серая лесная

Чернозем оподзоленный

Чернозем обыкновенный

Каштановая

Вариант

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

Плотность, г/см3

1,30

1,21

1,17

1,25

1,19

1,16

1,22

1,10

1,05

1,24

0,89

1,15

1,26

1,20

1,19

НСР

0,05

0,05

0,07

0,07

0,02

Плотность твердой фазы, г/см3

2,63

2,60

2,62

2,62

2,61

2,59

2,57

2,53

2,49

2,53

2,44

2,51

2,59

2,57

2,55

НСР

0,02

0,01

0,01

0,02

0,04

Общая пористость, %

51,5

53,4

55,8

52,0

54,4

55,2

52,5

56,5

57,8

50,9

63,1

54,2

51,0

53,0

53,3

Содержание агрегатов 0,25-10 мм

48,5

82,5

64,2

43,9

65,3

79,2

57,8

83,1

91,7

64,1

86,7

93,7

53,3

69,9

86,4

Коэффициент структурности

0,9

4,7

1,8

0,7

2,0

3,8

1,4

4,9

11,0

1,8

6,5

14,8

1,1

2,3

6,3

Содержание водопрочных агрегатов больше 0,25 мм, %

24,0

76,3

56,5

27,4

51,7

60,1

48,3

58,1

75,4

36,5

82,4

86,5

29,3

54,7

63,4

Фактор дисперсности, %

18,1

14,7

16,7

16,8

14,6

13,0

14,3

10,5

6,9

21,5

3,6

5,3

15,6

9,7

7,8

варианты: 1 – пашня без внесения органических удобрений; 2 – пашня с применением органических удобрений; 3 – залежь.

плотности для большинства полевых культур. Отсутствие более сильного уплотнения, возможно, объясняется удовлетворительными свойствами почвообразующих пород: покровных и лессовидных суглинков.

Наиболее высокой общей пористостью (53–63%) характеризовались почвы вариантов «пашня с органическими удобрениями» и «залежь», почвы вариантов «пашня без органических удобрений» – более низкой общей пористостью (51–53%). Различия в плотности твердой фазы между почвами вариантов обусловлены разным содержанием в этих почвах гумуса.

Содержание агрономически ценных агрегатов (размером 0,25–10 мм) для почв всех типов в вариантах «пашня без внесения органических удобрений» было, примерно, в 1,5–2 раза ниже, чем в почвах двух других вариантов с более

высоким уровнем поступления свежего органического вещества. Коэффициент структурности (отношение количества агрегатов размером 0,25–10 мм) в варианте «пашня без внесения органических удобрений» также был в разы ниже, чем в вариантах «пашня с внесением органических удобрений» и «залежь». В зональном ряду почв наибольшей потерей агрономически ценных агрегатов в варианте «пашня без внесения органических удобрений»  характеризовались черноземы. Ухудшение их структурного состояния происходило в основном за счет сокращения фракции агрегатов размером 0,5–3 мм.

Содержание водопрочных агрегатов в варианте «пашня без внесения органических удобрений» было ниже, чем в двух других вариантах, примерно, в 2–3 раза. Следует отметить, что при систематическом внесении высоких доз органических удобрений (на дерново-подзолистых почвах) содержание как агрономически ценных, так и водопрочных агрегатов было значительно выше, чем в вариантах «залежь». Микроагрегаты выпаханных почв вариантов «пашня без внесения органических удобрений» были менее водопрочными (фактор дисперсности изменялся по разным типам почв от 14,3 до 21,55). Почвы вариантов «пашня с внесением органических удобрений» и «залежь» характеризовались большей водопрочностью микроструктуры – фактор дисперсности изменялся от 3,6 до 16,7%.

Таким образом, степень выпаханности, рассчитанная по соотношению СЛОВ к Собщ, хорошо согласовалась с проявлениями выпаханности, находящими отражение в агрегатном состоянии почв.

Для всех исследованных зональных типов почв выпаханность, определенная по соотношению СЛОВ к Собщ, подтверждалась ухудшением многих агрономически значимых свойств почв – физико-химических, агрохимических, общих физических и агрегатного состава. Почвы варианта «пашня без органических удобрений» по сравнению с почвами двух других вариантов имели заметно более низкие значения показателей суммы обменных оснований, емкости катионного обмена, содержания подвижного фосфора и обменного калия, а также у них отмечалось некоторое повышение плотности, многих агрономически значимых свойств почв – физико-химических, агрохимических, общих физических и агрегатного состава. Почвы варианта «пашня без органических удобрений» по сравнению с почвами двух других вариантов имели заметно более низкие значения показателей суммы обменных оснований, емкости катионного обмена, содержания подвижного фосфора и обменного калия, а также у них отмечалось некоторое повышение плотности, снижение общей пористости и значительно более низкое содержание агрономически ценных агрегатов и водопрочных агрегатов.

Наибольшие потери агрономически ценных агрегатов в варианте «пашня без органических удобрений» среди исследованных почв зонального ряда отмечались для черноземов.

5.  О соотношении скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах

5.1  Оценка скорости смыва почв с использованием некоторых показателей их гумусового состояния

Водная эрозия является одним из наиболее распространенных видов деградации почв. Эродированные в той или иной степени почвы занимают более 50% площади пахотных земель России. Для разработки противоэрозионных мероприятий, соответствующих конкретным природным условиям, необходимо оценивать интенсивность смыва почв. При этом одной из наиболее сложных является задача определения допустимой нормы потерь почвы в результате эрозии.

Возможный подход к решению этой проблемы был предложен Skidmore E.L. (1982), согласно представлениям которого, допустимая скорость потерь почвы изменяется в границах, зависящих от скорости почвообразования. Расчет скорости почвообразования связан со значительными трудностями, получаемые результаты часто противоречивы.

Н.Ф. Ганжара (1973), М.С. Кузнецов и соавторы (2002) модифицировали этот подход, введя вместо скорости почвообразования скорость накопления гумуса, а вместо мощности почвы – запас гумуса в определенном слое почвы. Для определения скорости гумусообразования авторами использовалось произведение массы пожнивно-корневых остатков и коэффициента их гумификации. Оба этих показателя сильно варьируют и в литературе встречаются большие колебания их значений, поскольку не существует надежных методов определения.

Нами предлагается другой подход к проблеме оценки скорости смыва почвы. Известно, что в большинстве типов несмытых зональных почв содержание гуминовых кислот, а также отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот (СГК/СФК) постепенно снижаются с глубиной. На основании этого нами сделано предположение о возможности оценить соотношение скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта путем сравнения содержания гуминовых кислот и отношения СГК/СФК в несмытых почвах и в аналогичных эродированных. В случае, когда данные показатели в аналогичных смытых и несмытых почвах близки, можно предположить, что скорость смыва приблизительно соответствует скорости гумусообразования. Соответствие скорости смыва скорости гумусообразования можно подтверждать данными агрегатного и микроагрегатного состава, особенно для почв с небольшой (исходной) мощностью гумусового горизонта.

5.2  Скорость смыва и скорость формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда

Объектами в данном исследовании являлись почвы зонального ряда от дерново-подзолистых до каштановых. В каждой из этих природных зон изучались по две почвенные разности – несмытые почвы водоразделов и их аналоги средней степени смытости, расположенные на склонах крутизной 3–5°  в пределах одного поля с несмытыми. Расстояние между точками отбора образцов почв этих разностей составляло 200–300 м.

В таблицах 10–12 для каждого типа почв рассматривались две почвенные разности (варианта): 1 – несмытая почва; 2 – среднесмытая почва. Сравнивая групповой состав гумуса пахотных горизонтов несмытых почв и их среднесмытых аналогов в зональном ряду (таблица 10) можно заметить, что различия в групповом составе гумуса несмытых и среднесмытых дерново-подзолистых, черноземов обыкновенных и каштановых почв были незначительны. Таким образом, для перечисленных типов исследуемых почв можно сделать вывод о том, что скорость смыва примерно соответствует скорости гумусообразования. Отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот (СГК/СФК) в темно-серой лесной среднесмытой почве было заметно уже, чем в аналогичной неэродированной почве (1,55 и 1,71 соответственно). Различия по этому показателю между черноземом оподзоленным среднесмытым и черноземом оподзоленным несмытым были особенно значительными (1,76 и 2,23 соответственно). Можно предположить,

Таблица 10.

Групповой состав гумуса пахотных (числитель)
и подпахотных (знаменатель) горизонтов почв зонального ряда

Вариант

Собщ

Свытяжки

СГК

СФК

Сост

СГК/СФК

% от массы почвы

Дерново-подзолистая

1

1,22

0,86

0,58

0,39

0,26

0,16

0,32

0,23

0,73

0,47

0,81

0,70

2

0,96

0,84

0,42

0,38

0,19

0,16

0,24

0,22

0,54

0,46

0,79

0,74

НСР05

0,14

0,19

0,07

0,08

0,03

0,04

0,04

0,05

-

-

Темно-серая лесная

1

2,26

1,66

0,95

0,60

0,60

0,34

0,35

0,26

1,31

1,06

1,71

1,31

2

1,81

1,52

0,84

0,58

0,51

0,31

0,33

0,27

1,30

0,94

1,55

1,15

НСР05

0,17

0,24

0,08

0,11

0,06

0,06

0,04

0,06

-

-

Чернозем оподзоленный

1

3,48

3,45

1,68

1,89

1,16

1,38

0,52

0,51

1,80

1,56

2,23

2,69

2

2,99

2,89

1,40

1,37

0,89

0,89

0,51

0,48

1,59

1,52

1,75

1,85

НСР05

0,21

0,13

0,13

0,07

0,09

0,05

0,08

0,04

-

-

Чернозем обыкновенный

1

3,60

3,04

2,09

1,73

1,39

1,14

0,70

0,59

1,51

1,31

1,98

1,93

2

3,06

2,77

1,76

1,51

1,15

0,98

0,61

0,53

1,30

1,26

1,89

1,84

НСР05

0,21

0,07

0,13

0,04

0,09

0,04

0,06

0,04

-

-

Каштановая

1

1,62

1,05

0,78

0,51

0,40

0,26

0,38

0,25

0,84

0,54

1,05

1,04

2

1,17

0,83

0,53

0,38

0,27

0,19

0,26

0,20

0,64

0,45

1,04

0,95

НСР05

0,24

0,17

0,12

0,04

0,06

0,03

0,06

0,05

-

-

Варианты: 1 – несмытая почва; 2 – среднесмытая почва

что для данных типов почв скорость смыва превышает скорость гумусообразования. Сопоставление группового состава гумуса подпахотных горизонтов несмытых почв и аналогичных среднесмытых почв показывает, что для подпахотных горизонтов исследуемых почв наблюдалась такая же тенденция, как и для пахотных горизонтов, т.е. отношения СГК/СФК в составе гумуса несмытых дерново-подзолистых, черноземов обыкновенных и каштановых почв несущественно отличались от отношений СГК/СФК в составе  гумуса их среднесмытых аналогов, а гумус несмытых темно-серых лесных почв и черноземов оподзоленных заметно отличался по групповому составу от гумуса аналогичных среднесмытых почв.

Содержание легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) в несмытых почвах всех исследуемых типов было значительно выше, чем в их среднесмытых аналогах (таблица 11).

Таблица 11.

Содержание легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ)
в пахотных горизонтах и степень выпаханности  почв зонального ряда

Вариант

Собщ

СЛОВ

СЛОВ в % к Собщ

Степень выпаханности, балл

% от массы почвы

Дерново-подзолистая

1

1,22

0,12

11,3

13,7

2

0,96

0,10

10,4

14,6

НСР05

0,14

0,01

-

-

Темно-серая лесная

1

2,26

0,25

11,1

8,6

2

1,81

0,19

10,5

14,5

НСР05

0,17

0,02

-

-

Чернозем оподзоленный

1

3,48

0,29

8,3

16,7

2

2,99

0,18

6,0

19,0

НСР05

0,21

0,02

Чернозем обыкновенный

1

3,60

0,18

5,0

20,0

2

3,06

0,16

5,2

19,8

НСР05

0,21

0,02

-

-

Каштановая

1

1,62

0,17

10,6

14,4

2

1,17

0,11

9,4

15,6

НСР05

0,24

0,01

-

-

Варианты: 1 – несмытая почва; 2 – среднесмытая почва

Поскольку аналогичные несмытые и среднесмытые почвы находились в пределах одного поля, т.е. в условиях применения одинаковой агротехники, такие различия в содержании ЛОВ можно объяснить только разным поступлением пожнивно-корневых остатков, обусловленным разным уровнем урожайности на несмытых и смытых почвах.

Степень выпаханности среднесмытых почв всех типов была выше, чем их несмытых аналогов. При этом следует отметить, что наибольшие различия в степени выпаханности между несмытыми и среднесмытыми почвами наблюдалась у темно-серых лесных почв (8,6 и 14,5 балла соответственно) и у черноземов оподзоленных (16,7 и 19,0 баллов соответственно), т.е. в тех типах почв, где отмечалось превышение скорости смыва над скоростью гумусообразования, определенное по изменению состава гумуса.

В таблице 12 представлены результаты определения агрегатного состава пахотных и подпахотных горизонтов исследуемых почв зонального ряда.

По результатам агрегатного анализа был рассчитан коэффициент структурности (Кстр), представляющий собой отношение количества агрегатов размером от 0,25 до 10 мм (в %) к суммарному содержанию агрегатов меньше 

Таблица 12.

Агрегатный состав пахотных и подпахотных горизонтов почв зонального ряда

Вариант

Горизонт

Размер фракций (мм) и содержанию агрегатов (%)

Кстр

Сухое просеивание

Мокрое просеивание

>10

10–0,25

<0,25

>1,0

>0,25

<0,25

Дерново-подзолистая

1

Апах

2,7

85,2

12,1

6,6

27,5

72,5

5,8

А2В

1,1

82,0

16,9

2,3

22,0

78,0

4,6

2

Апах

21,3

75,8

2,9

4,0

26,1

73,9

3,1

В

21,6

70,9

7,5

2,0

19,5

80,5

2,4

Темно-серая лесная

1

Апах

19,1

76,2

4,7

2,4

45,9

54,1

3,2

А1А2

17,0

78,7

4,3

3,5

50,2

49,8

3,7

2

Апах

40,9

55,1

4,0

4,3

42,2

57,8

1,2

А2В

35,5

62,6

1,9

5,8

49,0

51,0

1,7

Чернозем оподзоленный

1

Апах

21,9

69,8

8,3

13,6

53,4

46,6

2,3

А

15,7

72,6

11,7

12,8

56,3

43,7

2,6

2

Апах

31,6

52,9

15,5

8,5

41,4

58,6

1,1

АВ

28,6

60,4

11,0

9,4

40,2

59,8

1,5

Чернозем обыкновенный

1

Апах

15,3

64,8

19,9

15,3

50,5

49,5

2,0

АВ

16,9

65,3

17,8

16,1

57,2

42,8

1,9

2

Апах

16,1

62,3

21,6

12,3

48,0

52,0

1,7

В1

14,9

66,8

18,3

10,3

44,3

55,7

2,0

Каштановая

1

Апах

33,0

49,0

18,0

4,4

26,1

73,9

1,0

АВ

28,1

56,5

15,4

6,6

27,6

72,4

1,3

2

Апах

42,2

41,7

16,1

8,3

22,8

77,2

0,7

В1

32,8

47,3

19,9

6,9

24,7

75,3

0,9

Варианты: 1 – несмытая почва; 2 – среднесмытая почва

0,25 и больше 10 мм (в %). По данному показателю наиболее различались между собой несмытые и среднесмытые аналоги дерново-подзолистых, темно-серых лесных почв и черноземов оподзоленных. Для почв других исследуемых типов различия по коэффициенту структурности были незначительными.

Заметные различия между вариантами почв с разной степенью смытости по содержанию водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм, определенному по результатам мокрого просеивания отмечались только для чернозема оподзоленного. Для остальных типов почв различия по этому показателю были несущественными.

По результатам агрегатного анализа можно отметить, что в основном существенные различия в структурном состоянии между несмытыми и смытыми аналогами наблюдались для темно-серых лесных почв и черноземов оподзоленных, что согласуется с результатами оценки скорости смыва по изменению группового состава гумуса.

Как известно, благоприятные водно-физические свойства почв обусловлены не только макро-, но и микроструктурой. Микроагрегатный анализ был проведен параллельно с гранулометрическим, что позволило оценить оструктуренность и распыленность почв.

По результатам определения гранулометрического и микроагрегатного состава пахотных горизонтов исследуемых почв были рассчитаны фактор дисперсности по Качинскому и фактор структурности по Фагелеру. Для всех исследованных типов почв фактор дисперсности в среднесмытых разностях был выше (т.е. микроструктура менее прочна), чем в несмытых.

Во всех рассмотренных типах почв наблюдалось некоторое снижение фактора структурности в среднесмытых почвенных разностях по сравнению с несмытыми.

Таким образом, предложенный нами подход к определению соотношения скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта дал положительные результаты и позволил сделать заключение, что в трех из пяти исследованных типов почв скорость смыва, примерно, соответствовала скорости гумусообразования.

Возникает вопрос, а возможно ли вообще соответствие скорости смыва скорости гумусообразования в почвах, которые по мощности гумусовых горизонтов, содержанию гумуса и условиям залегания по рельефу отнесены к среднесмытым? Для ответа на этот вопрос необходимо сопоставить фактические показатели скорости смыва и скорости накопления гумуса.

Ранее установлено (Н.Ф.Ганжара, Б.А.Борисов, 1997), что при изменении условий гумусообразования соответственно изменяется уровень квази-равновесного состояния органического вещества. Для достижения нового уровня требуется период времени не менее 20–50 лет. За это время из 1 т ежегодно поступающих источников гумуса накапливается в конечном итоге 2,5–5,0 т/га углерода гумуса в дерново-подзолистых почвах и до 5–12 т/га в черноземах. Нетрудно рассчитать, что в среднем за год из 1 тонны источников гумуса может накапливаться 0,10–0,24 т/га углерода гумуса, что довольно близко к имеющимся в литературе показателям коэффициента гумификации.

При среднегодовом поступлении в полевых севооборотах 3 т/га источников гумуса (реальный усредненный показатель для почв зонального ряда) накопление гумуса может составить 0,30–0,72 т/га углерода гумуса, или 0,5–1,2 т/га гумуса.

Среднегодовой смыв для исследуемых эродированных почв, рассчитанный по справочным данным  находится в пределах 5 т/га. При содержании гумуса от 1,5% в дерново-подзолистых до 7% в черноземах, вместе с 5 т почвы с гектара может быть смыто 0,075–0,35 т гумуса. Таким образом, расчеты показали, что возможное накопление гумуса (0,5–1,2 т/га) существенно превышает возможные его потери со смывом, а учитывая, что смыв всегда приводит к сдвигу квази-равновесного состояния органических веществ, можно с высокой долей уверенности принять эти расчеты за реальные.

Оценка скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта, проведенная путем сравнения группового состава гумуса пахотных горизонтов несмытых почв зонального ряда и их среднесмытых аналогов показала, что среди рассмотренных типов почв скорость смыва превышала скорость гумусообразования у среднесмытых темно-серой лесной почвы и чернозема оподзоленного, а у среднесмытых дерново-подзолистой почвы, чернозема обыкновенного и каштановой почвы скорость смыва приблизительно равнялась скорости гумусообразования. Такая же тенденция отмечалась и для подпахотных горизонтов исследуемых почв.

Полученные результаты косвенно подтверждались расчетами степени выпаханности данных почв, определенной по отношению углерода легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) к общему углероду. Различия в степени выпаханности между несмытыми и среднесмытыми аналогами темно-серых лесных и черноземов оподзоленных были более значительными, чем у остальных типов почв.

Результаты агрегатного анализа показали, что наиболее заметные различия между несмытыми и смытыми аналогами отмечались для темно-серых лесных почв и черноземов оподзоленных, что также согласовалось с оценкой скорости смыва почв по изменению группового состава гумуса.

Факторы дисперсности и факторы структурности, рассчитанные по результатам гранулометрического и микроагрегатного анализа, для несмытых и среднесмытых всех исследованных типов почв различались незначительно.

Показатели возможного накопления гумуса, рассчитанные на основании данных длительных опытов, существенно превышали его возможные потери от эрозии, рассчитанные по справочным данным, и подтвердили правомочность выводов о соответствии скорости смыва и скорости гумусообразования в ряду исследованных типов почв.

Выводы

  1. В автоморфных почвах под естественными ценозами в направлении от среднетаежной подзоны к степной зоне европейской части России содержание напочвенного легкоразлагаемого органического вещества снижалось за счет увеличения скорости обновления, обусловленной гидротермическими условиями;
  2. Запасы внутрипочвенного легкоразлагаемого органического вещества, включающего корневой опад разной степени разложения и гумификации, в автоморфных целинных и залежных почвах были наиболее высокими и примерно равными в дерново-подзолистых почвах южно-таежной подзоны, в серых лесных почвах и в черноземах лесостепи. Увеличение количества корневого опада в этом ряду компенсировалось усилением минерализации. В черноземах степной зоны эти запасы снижались за счет уменьшения количества корневого опада и увеличивались в каштановых и в светло-каштановых почвах сухих степей из-за снижения интенсивности их минерализации  с связи с недостатком влаги;
  3. Время практически полного обновления внутрипочвенного ЛОВ снижалось от дерново-подзолистых почв южно-таежной подзоны к черноземам обыкновенным и южным степной зоны за счет усиления минерализации и увеличивалось в каштановых почвах сухих степей за счет снижения интенсивности минерализации, обусловленного недостатком влаги;
  4. Степень гумификации ЛОВ и содержание в составе ЛОВ гуминовых кислот закономерно повышались от дерново-подзолистых почв к черноземам лесостепной зоны и далее снижались к черноземам степной зоны и каштановым почвам, что хорошо согласуется с условиями и факторами гумусообразования в этих почвах;
  5. В полугидроморфных почвах всех природных зон содержание и запасы ЛОВ увеличивались по сравнению с автоморфными, а скорость обновления ЛОВ снижалась, что связано с частичной консервацией органических веществ и увеличением общей массы органических веществ, ежегодно поступающих в почву;
  6. Для пахотных почв различных природных зон были отмечены такие же закономерности по накоплению и функционированию внутрипочвенного ЛОВ как для целинных и залежных аналогов, однако, различия между почвами разных типов были выражены слабее, что объясняется нивелированием величины поступления и условий минерализации источников гумуса в результате распашки и использования почв в условиях полевых севооборотов при очень низких уровнях внесения органических удобрений;
  7. При проведении сравнительного анализа гуминовых веществ (ГВ), выделенных из дерново-подзолистой почвы, чернозема типичного и каштановой почвы, а также из соответствующих каждой почве легкоразлагаемых органических веществ, методом электрофореза в 10%-ном полиакриламидном геле впервые было обнаружено наличие белков в  детритных ГВ, в отличие от ГВ почв. Наличие белков в ГВ детрита и их отсутствие в ГВ почв позволяет предположить, что трансформация биологических остатков в ГВ происходит в направлении от высокомолекулярных компонентов к низкомолекулярным;
  8. Разработаны и обоснованы способы определения степени выпаханности почв на основе отношения содержания легкоразлагаемых органических веществ и содержания общего гумуса в пахотном слое. Способы включают три варианта, отличающиеся сложностью и точностью определения степени выпаханности: вариант 1  – единая 25- балльная шкала для всех типов почв зонального ряда; вариант 2 – 25- балльная шкала для дерново-подзолистых, светло-серых и серых лесных почв, 15-балльная шкала для темно-серых лесных и черноземов лесостепной и степной зон, 20-балльная шкала для каштановых почв (в этом варианте при расчете степени выпаханности учитывается в виде поправочных коэффициентов содержание лабильного гумуса, растворимого в 0,1н NaOH; вариант 3 – расчет степени выпаханности проводится на основе среднегодового поступления послеуборочных остатков и органических удобрений;
  9. В почвах всех исследованных типов с увеличением степени выпаханности ухудшались агрономически значимые свойства почв –агрохимические, общие физические и агрегатный состав. С увеличением степени выпаханности почв отмечалось некоторое повышение их плотности, снижение общей пористости и значительно более низкое содержание агрономически ценных и водопрочных агрегатов;
  10. Предложен способ определения скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта, основанный на сравнении группового состава пахотных несмытых почв и их смытых аналогов. Апробация способа проведена на примере несмытых почв зонального ряда: дерново-подзолистых, темно-серых лесных, черноземов оподзоленных, черноземов обыкновенных, каштановых и их среднесмытых аналогов. Полученные результаты подтверждались определениями агрегатного состава и расчетами степени выпаханности исследуемых почв. Различия в степени выпаханности между несмытыми и среднесмытыми аналогами темно-серых лесных почв и черноземов оподзоленных были более значительными, чем у остальных типов почв, что обусловлено более резкими различиями в количестве источников гумуса.

Практические рекомендации

  1. Для почв, характеризующихся слабой и средней степенью выпаханности, рекомендуется увеличивать уровень поступления свежего органического вещества в почвы за счет органических удобрений, запашки соломы и изменения структуры посевных площадей, направленного на увеличение количества послеуборочных остатков;
  2. Для почв имеющих сильную степень выпаханности, кроме мер, предусмотренных пунктом 1, рекомендуется применять энергосберегающие технологии, направленные, на уменьшение скорости минерализации поступающих в почвы растительных остатков.

Список основных научных трудов, опубликованных по теме диссертации

  1. Ганжара Н.Ф.; Борисов Б.А. Роль гумуса в плодородии дерново-подзолистых и черноземных почв// Повышение эффективности использования мелиорированных земель.– Красноярск: Изд-во Красноярского СХИ, 1985. – С. 39–40.
  2. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Влияние содержания гумуса в дерново-подзолистых почвах на их свойства и урожайность сельскохозяйственных культур// Известия ТСХА. 1985. Вып. 2. С. 5358.
  3. Борисов Б.А. Влияние содержания гумуса на свойства дерново-подзолистых почв, черноземов выщелоченных и урожай сельскохозяйственных культур: Дис. … канд. биол. наук: 06.01.03. – М., 1985. – 145 с.
  4. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Влияние содержания гумуса на свойства черноземных почв // Современные процессы почвообразования и их регулирование в условиях интенсивных систем земледелия. – М., 1985. – С. 8–11.
  5. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В. Содержание гумуса, свойства почв и урожай// Органическое вещество в почвообразовании и плодородии почв. – Л., Изд. ЛГУ, 1986.– С. 18.
  6. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В. Зависимость урожая от состояния органического вещества дерново-подзолистых почв// Актуальные вопросы почвоведения.– М.: Изд-во ТСХА, 1987.–С. 3–8.
  7. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В., Деревягин В.А. Метод определения содержания и состава мобильных форм органических веществ в почвах// Известия ТСХА.1987. Вып. 1. С. 173177.
  8. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В., Деревягин В.А. Рекомендации по контролю и оптимизации режима органических веществ в почвах. – М.: Изд. ТСХА, 1987, 10 с.
  9. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В., Хамиду Диаби. Содержание, состав и свойства лабильных форм органических веществ в почвах// Актуальные вопросы агрономического почвоведения.– М.: Изд-во ТСХА, 1988.–С. 50–56.
  10. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Детрит и детритообразование в почвах// Тез. докл. VIII Всесоюзного съезда почвоведов.–Новосибирск, 1989.– Кн. 2.– С. 26.
  11. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Легкоразлагаемое органическое вещество, как показатель эффективного плодородия почв// Тез. докл. VIII Всесоюзного съезда почвоведов.–Новосибирск, 1989.– Кн. 3.– С. 117.
  12. Ганжара Н.Ф.; Борисов Б.А.; Хамиду Диаби. Влияние содержания гумуса на свойства выщелоченных черноземов и урожайность сельскохозяйственных культур//  Известия ТСХА. 1989. Вып. 1. С. 6773.
  13. Борисов Б.А., Лалаян В.И. Сезонная динамика легкоразлагаемых форм органического вещества в дерново-подзолистых почвах// Молодые ученые сельскому хозяйству Нечерноземной зоны.– М., ВНИПТИХИМ.–1990.– С. 37–38.
  14. Ганжара Н.Ф., Флоринский М.А., Борисов Б.А. Агрономическая оценка состояния органического вещества в почвах// Состав, свойства и плодородие почв.–М.: Изд-во МСХА, 1990.– С. 4–7.
  15. Лалаян В.И., Борисов Б.А. Влияние содержания лабильных форм органических веществ на величину и качество урожая кукурузы// Молодые ученые сельскому хозяйству Нечерноземной зоны.– М., ВНИПТИХИМ.–1990.– С. 36–37.
  16. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Флоринский М.А. Легкоразлагаемые органические вещества почв // Химизация сельского хозяйства. – 1990. – №1. – С. 53–55.
  17. Ганжара Н.Ф., Флоринский М.А., Борисов Б.А. Определение норм органических удобрений с учетом степени выпаханности почв // Управление плодородием почв в условиях интенсивного их использования.–М.: Изд-во МСХА, 1992.– С. 47–52.
  18. Ганжара Н.Ф., Флоринский М.А., Борисов Б.А. Легкоразлагаемое органическое вещество и его роль в плодородии почв// Основные итоги исследований по проблеме генезиса и мелиорации почв.–М.: Изд-во МСХА, 1993.– С. 22–26.
  19. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Флоринский М.А.  Легкоразлагаемое органическое вещество и эффективное плодородие почв // Земледелие.1995. №1. С. 1012.
  20. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Гумусообразование и агрономическая оценка органического вещества почв .– М.: Агроконсалт. – 1997. – 82 с.
  21. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Середова Е.М. Оценка степени выпаханности почв// Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения.– т.1.– М.: Изд. Почв. ин-та им. В.В.Докучаева.– 1998.– С. 35–36.
  22. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Таразанова Т.В. Диагностика степени выпаханности почв зонального ряда по показателям их гумусового состояния// Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов.– Кн. 2.–М. 2000.– С. 211–212.
  23. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Агроэкологические функции легкоразлагаемого органического вещества почв// Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов.– Кн. 3.–М. 2000.– С. 144–145.
  24. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Миренков С.Ю., Таразанова Т.В. Диагностика степени выпаханности почв зонального ряда// Почва, жизнь, благосостояние.– Пенза.–2000.– С. 308–310.
  25. Борисов Б.А., Игнатьев Н.Н., Таразанова Т.В. Поглощение кислорода пахотными и залежными почвами разного генезиса //Бюллетень ВИУА.– 2001.– №115.– С. 117–118.
  26. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. – М: Агроконсалт. – 2002. – 280 с.
  27. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Использование показателей гумусового баланса для оценки допустимых эрозионных потерь почвы. // Почвоведение: аспекты, проблемы, решения / Науч. тр. Почв. ин-та им. В.В.Докучаева, М.: 2003.– С. 609–618.
  28. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Нетесонова И.А. Соотношение скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда// Почвы национальное достояние России. Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов.– Новосибирск: «НАУКА-ЦЕНТР», 2004.– Кн. 2.– С. 520.
  29. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Нетесонова И.А., Беляев Ю.А. О соотношении скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда// Известия ТСХА, 2004.Вып. 3. С. 5462.
  30. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Таразанова Т.В. Диагностика степени выпаханности почв различных зон по содержанию легкоразлагаемых органических веществ// Известия ТСХА.2004. Вып. 1. С. 1623.
  31. Ганжара Н.Ф., Байбеков Р.Ф., Борисов Б.А. Легкоразлагаемое органическое вещество почв зонального ряда//Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии.– М.: Изд-во МСХА, 2004.– С. 122–136.
  32. Таразанова Т.В., Борисов Б.А. Степень выпаханности почв зонального ряда и их агрегатное состояние// Почвы национальное достояние России. Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов.– Новосибирск: «НАУКА-ЦЕНТР», 2004.– Кн. 2.– С. 267.
  33. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Состояние легкоразлагаемого органического вещества залежных и пахотных почв лесостепной и степной зон //Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие.– Пенза.–2005.– С. 220–222.
  34. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. О возможности выделения черноземов разной степени окультуренности //Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие.- Пенза.–2005.– С. 222.
  35. Ганжара Н.Ф., Верзилин В.В., Байбеков Р.Ф., Борисов Б.А. Состояние органического вещества и соединений азота черноземов выщелоченных в зависимости от способов возделывания культур// Известия ТСХА.2005. Вып. 3. С. 312.
  36. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Состояние легкоразлагаемого органического вещества почв зонального ряда// Методы исследований органического вещества почв.– Владимир.–2005.– С. 199–213.
  37. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Соловьев А.Н. Эффективность макрокапсулирования семян //Агрохимический вестник. 2005. №6, с. 2931.
  38. Ганжара Н.Ф., Байбеков Р.Ф., …Борисов Б.А… Экологические требования к почвам и грунтам г. Москвы (Методическое пособие).– М.: Агроконсалт, 2005.–32 с.
  39. Ганжара Н.Ф., Байбеков Р.Ф., Колтыхов Д.Ю., Борисов Б.А. Экология городских почв // Коммунальный комплекс России.– 2006.– №4(22), с.32-33.
  40. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Концептуальная модель формирования и функционирования легкоразлагаемого органического вещества почв// Доклады ТСХА.–2006.–Вып. 278.– С. 550–553.
  41. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Географические закономерности формирования легкоразлагаемого органического вещества в почвах зонального ряда. // Доклады ТСХА.–2007.– Вып. 279, ч.2.– С. 265–268.
  42. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Байбеков Р.Ф., Верзилин В.В. Технологии оптимизации свойств выпаханных дерново-подзолистых и черноземных почв. // Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Агротехнологии XXI века».– М.: Изд-во МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. С. 126–129.
  43. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Соотношение скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эрозионных ландшафтах европейской части России. // Доклады ТСХА.–  2007.– Вып. 279, ч.2. – С. 283–286.
  44. Трубецкая О.Е., Трубецкой О.А., Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Электрофорез и эксклюзивная хроматография гуминовых веществ детрита и почв разного генезиса // Почвоведение. 2008. № 2. С. 192197.
  45. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Злобина М.В. Модификация способа определения степени выпаханности почв зонального ряда.// Тезисы докл. 1 Всероссийской науч.-практ. конф. «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям».– М.:МАКС Пресс, 2008, С. 62–63.
  46. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Географические закономерности распределения  и обновления легкоразлагаемого органического вещества целинных и пахотных почв зонального ряда европейской части России// Почвоведение. 2008. № 9. С. 10711079.
  47. Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф., Верзилин В.В., Ганжара Н.Ф. Оптимизация свойств выпаханных дерново-подзолистых и черноземных почв. Материалы V Всероссийского съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростиздат, Ростов –на-Дону, 2008 г., с. 366.
  48. Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф., Ганжара Н.Ф. Оптимизация свойств выпаханных дерново-подзолистых и черноземных почв Европейской части России. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.С. Фатьянова «Почвы как фактор продуктивности сельскохозяйственных земель. Нижний Новгород.-2008 г., с. 32-37.
 





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.