Введение к работе
Актуальность проблемы обусловлена тем, что в основе устойчивого функционирования природных экосистем лежат процессы продуцирования, трансформации и миграции органических веществ. Режимом формирования и [превращения различных групп органического вещества в значительной степени определяется роль почвы в биосферных явлениях (Ковда, 1985; Добровольский, Никитин, 1988, Фокин, 1994).
Проблема органического вещества почв занимает одно из ведущих положений в теоретическом почвоведении. Это обусловлено со сложным генезисом гумуса, его составом и многофункциональной ролью. Несмотря на двухсотлетнюю историю изучения гумусовых кислот, ряд важных аспектов трансформации гумусовых веществ почвы остается слаборазработанным.
Возрастающие нагрузки на почвы в условиях интенсивного сельскохозяйственною производства привели в последние десятилетия к повсеместному ухудшению гумусного состояния почв. Дегумификацня пахотных почв сопровождается антропогенным переуплотнением, нарушением структуры и загрязнением различными токсическими соединениями,
По этой причине особое значение приобретает комплексная оценка современного гумусного состояния почв и разработка теории его оптимизации применительно к различным уровням интенсификации земледелия. Важным остается дальнейшее изучение закономерностей трансформации гумуса и органических удобрений во внут-рипочвенном цикле, обеспечение устойчивости свойств почв и их сохранности; актуальны исследования структурно-химического состава, скорости, направленности круговорота углерода основных компонентов гумуса. Возникла необходимость разработки методов оценки гумусовых кислот и прогноза их изменения на основе системы количественных и качественных показателей как одного из условий обеспечения эффективного сельскохозяйственного использования почв.
Цель работы - исследование современного гумусного состояния почв, выявление особенностей трансформации гумусовых кислот и органических удобрений, разработка теоретических основ и практических приемов регулирования этого состояния.
Задачи исследований.
-
Провести комплекс исследований, позволяющих оценить гумусное состояние почв естественных и сельскохозяйственных угодий.
-
Проследить особенности трансформации органических веществ в почве по меченому углероду.
-
На основе использования системы показателей определить характер и степень воздействия сельскохозяйственного использования почв на структурный состав гумусовых кислот.
-
Установить количественные и качественные характеристики гумусообразования и гумусонакопления в лочвах при агротехнических воздействиях.
-
Определить перспективы регулирования гумусного состояния почв методами аїро-техкнки.
Научная новизна исследований. В работе развивается концепция возможности регулирования гумусного состояния почвы посредством использования и изменения условий поступления органического вещества в'почву и его гумификации в качестве фактора, обеспечивающего эффективное сельскохозяйственное использование почв, приведена ее модель. Согласно этой концепции гумусное состояние почвы рассматривается с позиций оценки изменения общего содержания и состава гумуса, податливости гумусовых веществ к трансформации при воздействии агротехнических факторов. Методологическое единство оценки способности гумусовых веществ к трансформации и возможностей технологического регулирования факторов и условий этой трансформации обеспечивает целостную систему регулирования гумусного состояния почвы в системах земледелия.
Впервые предложена блок-схема модели трансформации органических соединений в почве, включающая гумусообразование из биомассы растений различного химического состава, минерализацию гумусовых кислот, обновление их структурных фрагментов, участие новообразованных гумусовых кислот в обновлении гумусовых веществ почвы и показывающая особенности функционирования системы гумусовых веществ почвы. В развитие теории обновления гумусовых веществ почвы предложена балансовая модель обновления неспецифических органических соединений, лабильного гумуса, фракции фульвокислот 1а, собственно фульвокислот и гуминовьгх кислот, что позволяет количественно определить распределение, интенсивность и направленность круговорота вносимого в почву в составе органических остатков углерода.
Впервые на основе системы количественных и качественных показателей структуры и свойств проведена оценка фульвокислот 1а, собственно фульвокислот, бурых, черных (серых) гуминовых кислот и новообразованных гумусовых веществ, что является важнейшим элементом установления устойчивости, степени изменения характеристик гумусовых кислот и прогнозирования направления дтиамики совре-менньгх процессов гумусообразования при реализации системы мер по сохранению и повышению плодородия почв.
На основе многолетних стационарных опытов по гумификации меченых по углероду растительных остатков предложен новый методический подход к оценке обновления компонентов гумуса.
Определены параметры гумусного состояния почв и реальные уровни продуктивности возделываемых культур в зависимости от доз вносимых удобрений, их химического состава, системы механической обработки, интенсивности баланса гумуса и экономический эффективности сельскохозяйственного производства.
Защищаемые положения.
-
Формирование гумусового режима в почвах при их сельскохозяйственном использовании обусловлено структурой и составом гумусовых веществ, определяющих устойчивость и характер изменения гумусного состояния почв.
-
Трансформация гумусовых кислот, участие органических удобрений и новообразованных гумусовых веществ в обновлении основных компонентов гумуса характеризуют особенности функігиоїшрования системы гумусовых веществ почвы.
-
Система регулирования'гумусного состояния, почв должна основываться на' оценке количественных, и качественных характеристик общего гумуса, показателен гумусовых веществ и способности их изменения под влиянием агротехнических факторов.
Практическая значимость и реализация результатов. Предложенные теоретические положения могут служить основой регулирования гумусного состояния почвы в целях обеспечения -сохранности и повышения устойчивости функционирования почвы. Экспериментальная информация может быть использована при построении и верификации моделей круговорота углерода и при оценке экологической ситуации в агроэкосистеме.
Сравнительная характеристика гумусного состояния целинных и пахотных почв позволяет выявить и прогнозировать изменение параметров их гумусного состояния. Обоснована необходимость дифференцированного подхода к регулированию содержания и состава гумуса почв при выборе агротехнических факторов в системе мер по воспроизводству почвенного плодородия.
Установлены коэффициенты гумификации растительных остатков в длительных стационарных опытах с применением изогопно-инднкаторного метода.
Рекомендованы информативные показатели для оценки степени изменения общего гумуса, гумусовых кислот и эффективности воздействия агротехнических факторов на гумусное состояние почв.
Материалы работы вошли в следующие практические рекомендации: "Рациональное использование осушенных земель в Башкирии" (1981); "Комплексная программа повышения плодородия почв Башкирской АССР" (1990), "Система обра-
ботки почвы в полевых севооборотах Башкортостана" (1991), "Минимальная обработка и воспроизводство плодородия типичных черноземов" (1993). Составлены картосхемы с целью проведения картографического мониторинга содержания, запасов общего и подвижного гумуса в почвах.
Результаты исследований автора используются при изучении курса почвоведения в Башкирском аграрном университете.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены па X, XI, XII региональных конференциях .почвоведов, агрохимиков и земледелов Южного Урала и Поволжья (Уфа, 1982, 1988; Казань, 1991). на VII, VIII делегатских съездах Общества почвоведов (Ташкент, 1985, Новосибирск, 1989), на юбилейном заседании Башкирского отделения ВОП АН СССР, посвященного 100-летию книги В.В.Докучаева "Русский чернозем", конференции "Роль черноземов Башкирии в решении продовольственной программы" (Уфа, 1983), на научно-практических конференциях " Экологические проблемы агропромышленного комплекса Башкирской АССР" (Уфа, 1986, 1989), на рабочих совещаниях "Баланс и трансформация.органического вещества пахотных почв (Москва, 1986, 1987, 1988), на конференции "Основы рационального использования и охраны природных ресурсов (Свердловск, 1987), на совещании "Микробиологическая деструкция органических веществ в биогеоценозах" (Хабаровск, 1987), на республиканской научно-практической конференции "Пути повышения продуктивности полевых севооборотов" (Уфа, 1988), на симпозиуме "Биодинамика почв" (Таллин, 1988), на конференции "Почвенно-агрохимические проблемы формирования высокопродуктивных агроценозов" (Пущино, 1988), на Международном симпозиуме "Гумус и растеїше" (Прага, 1988), на конференции "Гумииовые вещества в биосфере, народнохозяйственное значение и экологическая роль" (Москва, 1990), на I Форуме почвоведов России (Пушило, 1992), на гяучных конференциях "Эффективные приемы воспроизводства плодородия почв, совершенствование технологий возделывания, создание и внедрение новых сортов сельскохозяйственных культур" (Уфа, 1994), "Проблемы экологического мониторинга" (Уфа, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 работ, в том числе в соавторстве 4 книги.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 5 глав, основных выводов (всего: 347 страниц, 89 таблиц, 13 рисунков), списка литературы (500 источников, в том числе 155 иностранных).