Эволюция серых лесных почв в агроландшафтах северной лесостепи
Скачать 0.82 Mb.
|
4. Органическое вещество серых лесных почв и его трансформация в агроландшафтах Органическое вещество является основным показателем, характеризующим плодородие почв и их генезис. Содержание и состав его специфической части – гумуса, отражают естественную и антропогенную эволюцию почв в процессе их формирования и развития. Органическое вещество почвы – понятие широкое, к нему относится совокупность органических соединений индивидуальной природы, специфические гумусовые вещества, а также растительные остатки на разной стадии разложения. Главную роль в процессе почвообразования выполняют гумусовые кислоты, однако в последнее время в работах Н.Ф. Ганжары (1988), В.И.Кирюшина и др. (1993), Н.Ф. Ганжары и Б.А. Борисова (1997, 2002), С.М. Надежкина (1999), показано большое значение легкоразлагаемого органического вещества в оптимизации почвенных свойств и режимов. При сельскохозяйственном использовании почв условия гумусообразования коренным образом изменяются. Прежде всего, это сказывается на поступлении растительного материала. Так, если в естественных биоценозах под широколиственными и смешанными лесами количество ежегодно поступающих растительных остатков с наземной массой составляет от 2,5 до 8,0 т/га и от 1,5 до 1,8 т/га с корнями (Родин, Базилевич, 1965; Усольцев, 2002), то в агроценозах большая часть их часть отчуждается с урожаем. Поэтому главными факторами восполнения гумусовых веществ в пахотных почвах становятся органические удобрения, многолетние травы, сидеральные культуры. Эволюция органической части почвы в процессе сельскохозяйственного использования может сопровождаться ухудшением гумусированности почв при низкой культуре земледелия или усилением гумусообразования и улучшением практически всех показателей гумусового состояния при окультуривании. Большое внимание вопросам окультуривания почв, особенно таежной и лесостепной зоны, уделялось в 80-х годах двадцатого столетия, что было обусловлено интенсификацией сельскохозяйственного производства. Результаты исследований, проведенных при участии аспирантов автора (Костина, 2001; Редькина, 2007; Володина, 2010) показывают (табл. 2), что содержание гумуса в пахотных вариантах всех подтипов серых лесных почв в 1,5-2 раза меньше, чем в горизонте А1 аналогичных целинных почв. Особенно резкие отличия наблюдаются в светло-серых лесных почвах, где содержание гумуса снизилось по сравнению с целинными в 2,7 раза, в серых и темно-серых в 1,5 и 1,2 раза соответственно, а потери гумуса составили на слабо и среднеокультуренной пашне 43-33 %, в почвах залежи – 50 % и даже в сильноокультуренных почвах – 10 % по сравнению с почвами леса. Окультуривание почв и, прежде всего, систематическое внесение органических удобрений, способствовало увеличению их гумусированности. На основании статистической обработки данных установлено, что слабо- и среднеокультуренные варианты почв в целом практически не отличаются по содержанию гумуса, это характерно для всех подтипов серых лесных почв; то есть внесение навоза в небольших дозах (5-10 т/га) не оказало существенного влияния на накопление гумуса, но при этом усилилась деятельность почвенных микроорганизмов, способствуя более интенсивной минерализации органического вещества в условиях достаточно благоприятного температурного режима и нейтрального водного баланса. 2. Диапазон значений содержания гумуса (%) в серых лесных почвах в зависимости от угодий
Примечание: dm – минимальная достоверная разница Существенное достоверное увеличение содержания гумуса отмечается лишь на уровне сильной окультуренности почв, получающих около 100 т/га органических удобрений за ротацию севооборота или около 15-20 т/га ежегодно. За счет этого гумусированность почв увеличивается до уровня целинных аналогов и выше. Высокоокультуренные почвы, приуроченные к огородам, с ежегодным внесением 30-40 т/га навоза, отличаются очень высоким содержанием гумуса не только среди пахотных почв (в 2-3 раза), но и по сравнению с целинными аналогами, что может соответствовать максимальным значениям гумусированности для серых лесных почв. Взаимосвязь окультуренности почв с содержанием гумуса характеризуется следующими уравнениями регрессии. Для светло-серых лесных: у= -0,2226х2 +2,3633х+0,1853 (R2=0,80) (1); Для серых типичных: у= -0,2357х2+2,8079х -4,2528 (R2=0,74) (2); Для темно-серых лесных: у= -0,0849х2 +1,6651х-1,8755 (R2=0,91) (3) Почвы залежи всех подтипов серых лесных почв характеризуются самым низким содержанием гумуса, минимальный интервал значений находится на уровне критического, особенно в светло-серых и серых лесных (типичных) почвах и составляет 1,1 и 1,5% соответственно. Поскольку количество растительного опада в почвах залежи значительно превосходит агроценозы, составляя 6-8 т/га (Усольцев.., 2002), то снижение гумусированности даже по сравнению со слабоокультуренными вариантами может объясняться высокой интенсивностью минерализационных процессов в этих почвах. Наименьшими запасами гумуса среди пахотных почв также характеризуются слабоокультуренные участки, расположенные обычно на территории, примыкающей к лесным массивам. Запасы гумуса в пахотных сильноокультуренных почвах примерно в 1,5 раза выше, чем в слабоокультуренных. В слое 0-50 см запасы гумуса составляют 72-84% от общих, причем в сильно- и высокоокультуренных почвах количество гумуса равно или больше, чем в почвах под лесом, что свидетельствует об усилении гумусообразования под влиянием повышенных и высоких доз органических удобрений. В подтипе темно-серой лесной почвы увеличение запасов гумуса в слое 0-50 см наблюдается только на уровне высокоокультуренного варианта, т.е. компенсация баланса углерода в почвах с изначально высоким содержанием гумуса осуществляется лишь при ежегодном пополнении углерода почвы высокими дозами навоза в 30-40 т/га. Проведенные исследования показали, что содержание гумуса в почвах пашни стабилизируется на определенном уровне в зависимости от количества поступающего в почву сухого вещества с пожнивно-корневыми остатками (ПКО) и органическими удобрениями (табл. 3) примерно в течение 30-40 лет. При этом увеличение содержания гумуса на 1 % возможно при ежегодном поступлении до 6 т/га растительных остатков и около 4 т/га сухого вещества, вносимого с навозом. Переход на новый уровень возможен при увеличении почти вдвое среднегодовой нормы органических удобрений, что реально наблюдается в сильно и высокоокультуренных вариантах почв. Растительные остатки полевых культур без внесения органических удобрений не компенсируют потери гумуса в почвах в процессе его минерализации. Ресурсы органических удобрений ограничены, особенно они сократились в постперестроечный период, а вывоз навоза на отдаленные участки всегда сопровождался необоснованно высокими экономическими затратами. Поэтому важным источником пополнения почвы органическим веществом являются сидераты, особенно в качестве промежуточных культур, не занимающих самостоятельного поля. 3. Уровни стабилизации содержания и запасов гумуса в серых лесных суглинистых почвах разной степени окультуренности
В Нечерноземной зоне с нормальной и повышенной влажностью сидеральные пары предпочтительнее чистых, прибавка урожая зерновых по сидеральным парам составляет от 6-10 до 19 ц/га (Хохлов, 1988; Довбан, 1994). Установлено, что длительное применение сидератов и высокая степень насыщенности ими севооборотов способствует устойчивой стабилизации и росту гумусированности почв.
Качественный состав гумуса также, как и его содержание, во многом определяется зональными особенностями гумусообразования. При значительном увлажнении и кислой реакции в почвах северной лесостепи образуется больше фульвокислот, чем гуминовых. Это характерно прежде всего для светло-серых и серых лесных почв, которые имеют близкий по составу гумус. Отношение Сгк:Сфк в гумусово-аккумулятивном горизонте в основном <1. Гумус темно-серых лесных почв богаче гуминовыми кислотами, вследствие этого отношение Сгк : Сфк в этих почвах, как правило, больше 1,5. Характерным для серых лесных почв является высокое содержание в гумусовом горизонте нерастворимого остатка, на его долю приходится до 40%. Гумус светло-серых лесных почв обогащен подвижными гумусовыми кислотами. Гуминовые кислоты представлены в основном фракцией 1, преобладающее содержание которой обусловлено новообразованием за счет биохимических превращений свежих растительных остатков. Это подтверждается низкой оптической плотностью гуминовых кислот в горизонте А1 за счет свежеобразованных органических соединений. По природе гумусовых кислот серые (типичные) и темно-серые лесные почвы отличаются от светло-серых более высоким содержанием гуминовых кислот фракции 2, связанной с кальцием, максимальное количество которой сосредоточено в гумусе темно-серых лесных почв. В составе фульвокислот светло-серых и серых лесных почв преобладают наиболее подвижные фракции 1а и 1, которые способны при определенных условиях мигрировать по почвенному профилю. Почвы залежи по составу гумуса близки к слабоокультуренным вариантам, различие заключается в большем содержится фракции ГК-1, что по данному показателю приближает их к почвам леса, в остальном они не утратили признаков, присущих пахотным почвам. Фракционный состав гумуса серых лесных почв неоднороден по генетическим горизонтам. В горизонте А1 гуминовые кислоты представлены в основном фракцией 1, с глубиной, в горизонте А1 А2 или А2В, содержание их резко снижается. При этом возрастает содержание фракции ГК-2; в горизонте А1 А2 (или А2В) на глубине 30-40 см их содержание максимально, здесь же отмечается наиболее широкое отношение углерода гуминовых кислот к фульвокислотам. По мнению В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1980) такое перераспределение фракции ГК-2 по почвенному профилю является генетическим признаком серых лесных почв и объясняется миграционной способностью не полностью усредненных гуматов кальция. Результаты проведенных исследований показали, что снижение гумусированности серых лесных почв при вовлечении их в пашню сказалось в резком снижении абсолютного содержания всех групп гумусовых кислот. Содержание гуминовых кислот и фульвокислот в слабоокультуренных почвах снизилось в 2 раза по сравнению с целинными аналогами. При этом относительное содержание гуминовых кислот в гумусовом горизонте практически не изменилось. Содержание нерастворимого остатка гумуса повысилось в сильно и высокоокультуренных вариантах по сравнению со слабоокультуренными. Показателем, характеризующим гумусообразование, является относительное содержание фракций гуминовых кислот в составе их суммы (табл. 4). 4.Фракционный состав гуминовых кислот в профиле серых лесных почв, % от ∑ГК (по средним данным)
В светло-серых лесных почвах новообразование идет преимущественно с участием наиболее лабильных «бурых» гуминовых кислот первой фракции, связанной с полуторными оксидами. В сильно- и высокоокультуренных почвах на ее долю приходится 41-46% от суммы ГК. В серых и темно-серых лесных почвах наибольшая роль в гумусообразовании принадлежит гуматам кальция. Это обусловлено известкованием полей, а в темно-серых к тому же генетическими особенностями, сближающими почвы данного подтипа с черноземами. В высокоокультуренных почвах всех подтипов в составе гуминовых кислот значительно, по сравнению с почвами пашни, снизилась доля фракции ГК-2 и возросло относительное содержание третьей фракции ГК, наиболее прочно связанной с минеральной частью почвы. Причиной этого могут быть вносимые в большом количестве органические удобрения (в основном полуперепревший навоз), вместе с которым в почву поступают «готовые» гуминовые кислоты, образующие прочные органно-минеральные комплексы с глинистыми минералами. В распределении по профилю гумусовых кислот окультуренные варианты почв сохраняют основные генетические признаки, свойственные типу серых лесных почв. Содержание общего азота в пахотном слое изучаемых нами серых лесных почв колеблется в пределах от 0,14 до 0,82%, находясь в прямой зависимости от содержания гумуса. Целинные варианты содержат его несколько больше по сравнению со слабоокультуренными, но разница в содержании азота между почвами леса и пашни достоверна только для серых лесных (типичных) почв. По содержанию азота пахотные варианты близки между собой (различия в пределах ошибки опыта), за исключение высокоокультуренных светло-серых и темно-серых лесных почв, где его содержание в 1,5-3,5 раза выше по сравнению с остальными угодьями. Показателем, характеризующим обогащенность гумуса азотом, является отношение С:N. Его величина отражает роль азотсодержащих соединений в образовании гумуса и природу гумусовых веществ. Анализ отношения С:N показал, что самое высокое значение этого показателя наблюдается в целинных серых лесных почвах – 15,7 % . В пахотных светло-серых и серых лесных почвах самые узкие отношения С:N отмечаются в слабоокультуренных вариантах, что может свидетельствовать о большей ароматизации молекул гумусовых кислот, свойственной консервативным формам гумуса. В процессах гумусообразования и питании растений важная роль принадлежит легкоразлагаемому органическому веществу (ЛОВ). Являясь весьма информативным показателем плодородия почв, значения содержания ЛОВ предложено использовать в качестве критерия степени выпаханности (деградации) почв (Ганжара и др., 1990, 1997; Дьяконова, 1998; Борисов, 2008). По мнению этих авторов содержание ЛОВ в пахотных почвах колеблется в пределах от 0,1 до 1,5 %. Содержание и запасы ЛОВ отражают гумусово-аккумулятивный процесс, характеризуя интенсивность поступления растительных остатков→ минерализацию →гумификацию. В агроценозах на природный почвообразовательный процесс накладывается хозяйственная деятельность человека и гумусообразование изменяется уже на начальной стадии процесса, т.е. при поступлении растительных остатков в почву. В пахотных слабоокультуренных почвах, используемых на низком агротехническом уровне без применения удобрений, с минимальным количеством послеуборочных остатков из-за низких урожаев, содержание ЛОВ резко снижается: в светло-серых почвах в 3,5-7 раз, в серых и темно-серых примерно в 3 раза, составляя величину (0,34-0,61%), соответствующую (по Ганжаре и др., 1990; 2002) сильно- и средневыпаханным почвам. В сильноокультуренных вариантах всех подтипов серых лесных почв содержание легкоразлагаемого органического вещества достоверно увеличивается по сравнению со слабоокультуренными в 2,5 раза в светло-серых, 1,9 раза в серых и в 1,4 раза в темно-серых лесных почах (Полякова, Платонычева, 2007).
интенсивно вследствие меньшей биологической активности. На основании содержания ЛОВ в % к массе почвы и в составе органического вещества нами рассчитана степень выпаханности почв (табл. 5). 5.Степень выпаханности серых лесных почв в горизонте Ап, А1
Для определения баллов по степени выпаханности в отличие от методики, предложенной авторами (Ганжара, Борисов; 1997, 2002) за точку отсчета в светло-серых лесных почвах мы взяли 50% (содержание ЛОВ в составе органического вещества в целинной почве), в серых (типичных) – 30%, в темно-серых – 20%. В соответствии с методикой к наиболее выпаханным относятся слабо- и среднеокультуренные светло-серые лесные почвы, в серых типичных балл выпаханности несколько ниже, а все пахотные темно-серые лесные почвы являются слабо выпаханными. Интенсивность минерализации растительных остатков определяется их химическим составом и, в первую очередь, содержанием азота. Интенсивное разложение наблюдается при достаточно высоком содержании азота в субстрате (не менее 1,7%). По данным Аристовской Т.В. (1980) минерализация начинается при значениях С:N, равным 20. Содержание азота в ЛОВ целинных почв имеет практически одинаковые значения по подтипам (0,68-0,71), что свидетельствует об однородном растительном составе изучаемых лесных участков. В пахотных почвах содержание азота в составе ЛОВ определяется в основном биологическими особенностями выращиваемых полевых культур. Закономерных изменений углерода в составе ЛОВ не наблюдалось, его содержание колеблется в широком диапазоне: от 4,3 до 17,9%. Это объясняется различной степенью минерализации и разным соотношением входящих в его состав индивидуальных органических соединений. В целинных почвах содержание углерода в составе ЛОВ примерно одинаково – 14-17%. Наибольшими колебаниями характеризуются пахотные варианты, но и здесь можно отметить более высокое содержание углерода в ЛОВ сильноокультуренных почв по сравнению со слабоокультуренными. Показателем, характеризующим обогащенность ЛОВ азотом, является отношение С:N в его составе. Значения этого показателя зависят от видового состава растений, количества растительных остатков, соотношения надземной массы и корней. На пахотных участках с многолетним травами отношение С:N в ЛОВ имеет примерно одинаковую величину – 12,2-15,3. На сильноокультуренных вариантах с зерновыми культурами состав ЛОВ изменяется в сторону расширения отношения до 23 за счет относительного увеличения в его составе доли углерода. Химический состав ЛОВ определяется видом угодий, содержанием соединений в исходном растительном материале и степенью его разложения. Целинные и пахотные серые лесные почвы характеризуются близким химическим составом, отличия касаются в основном лигнина и азотистой части (Костина, 2001; Полякова, Платонычева, 2004). Из всех групп соединений на долю лигнина в составе ЛОВ приходятся наибольшие значения во всех почвах, как целинных, так и пахотных, что подтверждает устойчивость лигнина к микробному разложению. Самое высокое содержание лигнина ( % на сухое вещество) отмечается в почвах леса (22-24%), что связано с низкой скоростью его минерализации и относительным накоплением в составе наземного и корневого опада. При возделывании зерновых культур содержание лигнина в составе ЛОВ пахотных участков снижается до 8-14%. Многолетние травы и органические удобрения способствуют увеличению лигнина до уровня целинных почв (21-23%). Темно-серые лесные почвы, даже сильноокультуренные, характеризуются невысоким содержанием лигнина в ЛОВ (14-16%) за счет более интенсивного гумусообразования в этих почвах и закреплением значительной части лигнина в составе гумуса. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Влияние выбросов автотранспорта на загрязнение серых лесных почв тяжелыми металлами Е. А. Парфенова, (аспирант), Е. А. полянскова (аспирант), С. Ю. Шаркова (д б н., доцент) |  | Оценка пространственного варьирования свойств бурых лесных почв в плодовом ценозе 1 Оценка пространственного варьирования свойств бурых лесных почв в плодовом ценозе1 |
| Оптимизация плодородия бурых лесных почв при возделывании чая в условиях... Оценке и моделированию уровня плодородия почв для ряда сельскохозяйственных культур в различных регионах РФ и странах СНГ посвящено... | | Интенсификация полевого кормопроизводства и воспроизводство плодородия... ... |
| Влияние антропогенной смены лесных биогеоценозов на экологические... | | 6 класс (68 час) Понятие о почве как основном средстве сельскохозяйственного производства. Типы почв, понятие о плодородии. Способы повышения почвенного... |
| Эффективность новых комплексных органоминеральных удобрений с природным... Охватывает период от посева до полной спелости. В наших исследованиях на этот показатель большое влияние оказывали погодные условия... | | Экологического исследования Номинация: Экология лесных растений (флористические и геоботаничес-кие исследования лесных растительных сообществ) |
| Вопрос 5: природные пожары (лесные и торфяные). Причины их возникновения... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Средства обучения: дидактический материал – карточки, фотографии основных рас человека, таблица: «Эволюция человека», диапозитивы... |
| Реферат основные типы почв Тип почвы — большая группа почв, развивающихся в однотипно сопряженных биологических, климатических, гидрологических условиях и характеризующихся... | | «Рельеф Северной Америки» Цель: сформировать у учащихся представление о тектоническом строении и разнообразии рельефа Северной Америки |
| Урок по теме: «Внутренние воды Северной Америки» Организовать деятельность учащихся по формированию знаний внутренних водах Северной Америки | | Урок географии на тему «население северной америки» Деятельностная: формирование универсальных учебных действий на примере рассмотрения населения Северной Америки |
| Лесной пожар и средства защиты человека Например, ежегодно только в Хабаровском крае происходит в среднем 400–500 лесных пожаров, которые наносят значительный ущерб экономике... | | Республики Башкортостан Министерство природопользования лесных ресурсов... Министр природопользования лесных ресурсов и охраны окруж среды рб а. А. Фаухутдинов |
