Содержание к диссертации
Введение
1.Литературный обзор 13
1.1. Теоретические положения о составе, свойствах и функциях гумуса в обеспечении генетических свойств почв и их плодородия 13
1.2. Агрогенное изменение гумусного состояния почв дернового типа 26
1.3. Методические подходы к изучению гумусного состояния пахотных почв 42
2. Объекты и методы исследований 65
2.1. Почвенно-климатические условия Предуралья 65
2.2. Характеристика опытов 75
2.3. Методы проведения исследований 83
3. Экспериментальная часть 88
3.1. Изучение гумусного состояния дерново-подзолистой почвы длительных опытов Пермского НИИСХ 88
3.1.1 .Исследование динамики содержания гумуса дерново подзолистой почвы при длительном применении различных агротехнологий 88
3.1.2. Влияние приемов землепользования, удобрений и извести на распределение органического углерода по профилю почвы . 104
3.1.3. Влияние приемов землепользования, удобрения и извести на содержание инертных и активных компонентов в составе гумуса 148
3.2. Исследование фракционно-группового состава гумуса дерново подзолистой тяжелосуглинистой почвы Предуралья 164
3.2.1. Влияние приемов землепользования, удобрений и извести на фракционно-групповой состав гумуса 164
3.2.2. Влияние приемов землепользования, удобрений и извести на оптические свойства гуминовых кислот 175
3.2.3. Исследование зависимости качественного состава гумуса от физико-химических свойств почвы 191
3.3. Исследование состава и молекулярной структуры гуминовых кислот дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы 198
3.3.1. Влияние агротехнических приемов на элементный состав гуминовых кислот дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы 199
3.3.2. Изучение молекулярной структуры гуминовых кислот дерново-подзолистой гяжелосуглинисгой почвы методом инфракрасной спектроскопии 215
3.3.3. Изучение состава и свойств гуминовых кислот дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы термогравиометри-ческим методом 227 Стр.
3.4. Биологическая активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании, внесении удобрений и извести 39
3.4.1. Влияние приемов землепользования на биологическую активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы (опыт1) 240
3.4.2. Влияние длительного применения удобрений и извести на биологическую активность дерново-подзолистой почвы (опыт 2) 247
3.4.3. Влияние различных систем удобрения на биологическую активность дерново-подзолистой почвы (опыт 3)
3.5. Моделирование изменения содержания органического углерода в дерново-подзолистой почве длительных опытов Пермского НИИСХ 265
4. Заключение 279
5. Выводы 281
6. Список литературы
- Агрогенное изменение гумусного состояния почв дернового типа
- Влияние приемов землепользования, удобрений и извести на распределение органического углерода по профилю почвы
- Биологическая активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании, внесении удобрений и извести
- Влияние длительного применения удобрений и извести на биологическую активность дерново-подзолистой почвы (опыт 2)
Введение к работе
Актуальность темы Проблема органического вещества почв, начиная с работ В В Докучаева, П А Костычева и Н М Сибирцева занимает одно их центральных мест в почвоведении в целом и в агрономической науке, в частности Наше поколение с огромным интересом читает научные труды и с большой благодарностью использует в своей работе результаты исследований органического вещества почвы таких ученых - классиков, как Ваксман (1937), И В Тюрин (1937), ММ Кононова (1951, 1963), ВРВолобуев (1963, 1968, 1973), В В Пономарева, Т А Плотникова (1980), Д С Орлов (1974, 1990), Л Н Александрова (1980) и др
В настоящее время исследованию состава и свойств гумуса посвящены труды МИДергачевой (1984), К В Дьяконовой (1990), РТейта (1991), Н Кершенса (1992), В А Черникова (1973-2002), А М Лыкова (2004) и др , где предлагаются различные методы и подходы к изучению гумусного состояния, которые наряду с углубленной характеристикой химической структуры и свойств гумусовых веществ дают представление об агрономическом значении отдельных компонентов органического вещества Особый интерес представляют методы, позволяющие в пределах одного типа почв выделить наиболее агрономически ценные составляющие гумуса, которые в качественном и количественном отношении достаточно чувствительны к условиям агротехники и оказывают существенное воздействие на продуктивность пашни
В Предуралье вопросам исследования гумусного состояния почв посвящены работы Л К Юферовой (1969), В П Дьякова (1971), Н Я Таракановой (1985), С И Поповой (1970-1990)
Однако на сегодняшний день нет единого подхода к решению проблемы оптимизации гумусного состояния пахотных почв, не разработаны оптимальные параметры содержания и качественного состава гумуса при разном уровне интенсификации сельскохозяйственного производства, обеспечивающие получение высоких и стабильных урожаев при эффективном использовании органических и минеральных удобрений
Решение существующих проблем возможно только при проведении систематических исследований в длительных полевых опытах, которые являются фундаментальной базой для изучения воздействия сельскохозяйственного использования земель на плодородие почв, стабильность урожаев сельскохозяйственных культур и окружающую среду
Цель работы: изучить влияние длительного воздействия различных способов землепользования, удобрений и извести на содержание, состав и свойства гумуса и определить оптимальные параметры гумусного состояния дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, обеспечивающие получение максимальной продуктивности пашни при эффективном использовании различных систем удобрения
Задачи исследований изучить динамику содержания и запасов гумуса _
дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользова- \
нии и длительном применении удобрений и извести, п
сформировать электронную базу данных на основе информации многолетних опытов Пермского НИИСХ за весь период их проведения (25-32 года) по основным параметрам, влияющим на баланс и трансформацию углерода почвы,
выявить влияние способов землепользования, удобрений и извести на распределение органического углерода и биогенных элементов по профилю почвы,
изучить влияние способов землепользования, удобрений и извести на содержание инертных и активных компонентов в составе гумуса,
исследовать фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы,
выделить препаративно и исследовать состав и молекулярную структуру гу-миновых кислот дерново-подзолистой почвы на основе элементного состава, метода ИК-спектроскопии и дифференциально- термогравиометрического анализа,
изучить биологическую активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании, внесении удобрений и извести,
определить оптимальные параметры гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, на основе анализа взаимосвязи комплекса основных агрохимических и биологических показателей, с урожаем сельскохозяйственных культур и продуктивностью пашни,
верифицировать модель динамики и баланса гумуса (Roth -С) (Ротамстед-ская опытная станция) на информационной базе длительных опытов Пермского НИИСХ для прогноза изменения уровня содержания гумуса при использовании различных агротехнологий
Научная новизна исследований Впервые в условиях Предуралья проведены комплексные исследования гумусного состояния дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы
изучена многолетняя динамика содержания гумуса,
для пахотных дерново-подзолистых почв данной территории установлен минимальный уровень гумуса (Cmin), равный 0 78 ±001% Си максимальный - 1,42 + 0,03% С, в условиях естественного гумусообразования (многолетняя залежь) - 1 29 ± 0 03% С,
установлена область необходимого содержания трансформируемого органического вещества (Qrans), позволяющая получать максимальный урожай культур при эффективном использовании удобрений,
изучено распределение органического углерода, биогенных элементов и фракций механического состава по профилю Определены запасы гумуса и азота в метровом слое почвы,
исследован фракционно-групповой состав гумуса,
исследовано влияние длительного применения различных способов землепользования, удобрений и извести на интенсивность протекания биологических процессов в почве,
установлены взаимосвязи между качественным составом гумуса, продуктивностью севооборота и биологической активностью почвы,
впервые изучен элементный состав и молекулярная структура препаратив-новыделенных гуминовых кислот дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы Предуралья при длительном применении различных агротехнологий,
сформулировано положение об агрономически оптимальной структуре макромолекул гуминовых кислот, которая характеризуется, с одной стороны, устойчивостью к чрезмерной микробиологической деструкции, а с другой -активным участием в круговороте углерода и определены условия ее формирования,
проведена верификация динамической модели Roth-C баланса и трансформации углерода на основе информационной базы данных длительных опытов Пермского НИИСХ, которая позволяет составить прогноз изменения уровня содержания углерода в почве на 200 лет,
установлены оптимальные параметры гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, соответствующие экономическим и экологическим критериям и принципам устойчивости почв
Практическая значимость. Положения и выводы диссертации о критическом минимальном уровне содержания гумуса и диагностические параметры гумусного состояния пахотных почв могут быть использованы при проведении мониторинговых исследований и разработке концепции сохранения и повышения плодородия пахотных дерново-подзолистых почв Предуралья, рекомендаций по эффективному применению различных систем удобрения
Основные положения, выносимые на защиту
Теоретическое и экспериментальное обоснование процессов трансформации органического вещества пахотной дерново-подзолистой почвы в зависимости от длительного применения различных способов землепользования, удобрений и извести
Динамика и уровни стабилизации гумуса при применении различных способов землепользования и агротехнологий
Запасы гумуса и распределение органического углерода и биогенных элементов по профилю дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы
Оптимальные параметры количества, запасов и качества гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, позволяющие реализовать основные функции органического вещества и биоклиматический потенциал сельскохозяйственных культур
Показатели фракционно-группового состава гумуса и направленность их изменений в зависимости от способов землепользования, систем удобрения и извести
Определение агрономически оптимальной молекулярной структуры гуминовых кислот и выявление агротехнических условий ее формирования
Оценка состояния биологической активности почв различного землепользования и ее изменение при длительном применении систем удобрения
Предварительные оптимальные параметры гумусного состояния дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, отвечающие принципам экологической и экономической устойчивости почв на современном этапе проведения многолетних опытов
Верифицированная модель баланса и трансформации гумуса (Roth - С), позволяющая использовать электронную информационную базу данных длительных опытов для исследования дальнейших изменений уровня содержания гумуса при различном сельскохозяйственном использовании почвы
Апробация результатов исследований Материалы диссертации использованы при составлении рекомендаций по методам воспроизводства почвенного плодородия, регулирования содержания и состава органического вещества (Пермь, 2005) и составляют основу сборника научных трудов Пермского НИ-ИСХ «Агротехнологические аспекты адаптивно-ландшафтного земледелия и органическое вещество пахотных почв Предуралья», Пермь, 2006
Основные положения работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование технологического и технического обеспечения производства и применения органических удобрений», Киров, 2002 г, на международных научно-практических конференциях «Агротехнологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии», Владимир, 2004, «Методы исследования органического вещества почв», Владимир, 2005, «Агро-экологическая эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур», Москва, 2005, «Основные итоги и приоритеты научного обеспечения АПК Евро-Северо-Востока», Киров, 2005, на координационном совещании «Совершенствование систем земледелия Уральского региона», Екатеринбург, 2005, на III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», С-Петербург, 2005, на Международной научно-практической конференции «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивность сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия», Москва, 2006
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатных работы общим объемом 12 95 п л , в том числе рекомендаций - 1, сборник научных трудов - 1
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 5 разделов экспериментальной части.«Заключения, основных выводов и списка литературы Работа изложена на^ страницах, содержит 57 таблиц, 24 рисунка, 14 приложений Список литературы включает 357 работ отечественных и 32 зарубежных авторов
Агрогенное изменение гумусного состояния почв дернового типа
Проблема органического вещества почв, начиная с работ В.В.Докучаева, П.А.Костычева и Н.М.Сибирцева занимает одно их центральных мест в почвоведении в целом и в агрономической науке, в частности. Наше поколение с огромным интересом читает научные труды и с большой благодарностью использует в своей работе результаты исследований органического вещества почвы таких ученых-классиков, как С. Ваксман (1937), И.В.Тюрин (1937), М.М.Кононова (1951, 1963), В.Р.Волобуев (1963,1968, 1973), В.В.Пономарева, Т.А.Плотникова (1980), Д.С.Орлов (1974-1992), Л.Н.Александрова (1970-1980)и др.
Под органическим веществом почвы почвоведы понимают совокупность специфических (гумусовых) и неспецифических органических веществ, исключая растительные остатки, не утратившие своего анатомического строения. Известно, что основная часть органического вещества почвы (85-90%) представлена специфическими высокомолекулярными гумусовыми соединениями. Еще М.М.Кононова (1956) писала, что гумусовые вещества -это сугубо почвенные образования или химические субстанции. Их характерной чертой является гетерогенность, варьирование основных свойств, возможность разделения на фракции. В нашей стране принято подразделять специфические гумусовые вещества на три основные группы соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.
Номенклатурную схему понятий гумусовых веществ по сегодняшний день основывают на методиках выделения и фракционирования.
Наиболее полную номенклатурную схему гумусовых веществ почвы дал Д.С.Орлов (1971-1975). Гуминовые кислоты (ГК) - фракция темно-окрашенных, высокомолекулярных азотсодержащих соединений, извлекаемых из почвы щелочными растворами (0.1-0.5 н NaOH), при подкислении вытяжки до рН 1-2 выпадает в осадок в виде гуматов. В составе гуминовых кислот 52-62% углерода; 3.0-5.5% водорода, 30-33%) кислорода; 3.5-5.0%) азота. Основу молекулы гуминовых кислот образует ароматическое ядро, сформированное ароматическими и гетероциклическими кольцами типа бензола, фурана, пиридина, нафталина, антрацена, индола, хинолина.
Ароматические кольца соединены между собой в рыхлую сетку. Боковые периферические структуры молекулы - алифатические цепи. Ядро молекулы гуминовых кислот отличается гидрофобными свойствами, боковые цепи - гидрофильными. Конституционной частью молекулы гуминовых кислот являются функциональные группы: карбоксильные и фенолгидроксиль-ные, определяющие кислотный характер гуминовых кислот и способность к катионному обмену. С помощью инфракрасных спектров в составе гуминовых кислот обнаруживаются также метоксильные и карбонильные группы. Элементный анализ ГК непостоянен, что объясняется гетерогенностью , возрастом и условиями образования. Наиболее обуглерожены ГК черноземов, беднее углеродом гуминовые кислоты подзолистых, дерново-подзолистых почв и сероземов. Средняя молекулярная масса ГК колеблется от 10-20 до 150-200 тыс. атомных единиц массы. Гуминовые кислоты устойчивы к кислотному гидролизу, более склонны к гидролизу минеральными кислотами азотсодержащие звенья молекул. Гуматы аммония, натрия и калия хорошо растворимы в воде, что определяет их поведение в почве , а щелочноземельных металлов, наоборот, нерастворимы в воде, они накапливаются в почве. С несиликатными формами полуторных оксидов гуминовые кислоты образуют комплексные соединения, подвижность которых в почве зависит от насыщения свободных функциональных групп катионами щелочных или щелочноземельных металлов. Гуминовые кислоты имеют интенсивную темно-бурую окраску.
Фульвокислоты (ФК) - по терминологии специалистов-гумусоведов И.В.Тюрина (1937) и В.В.Пономаревой (1957-1980) являются органическими оксикарбоновыми азотсодержащими кислотами. Они хорошо растворимы в щелочах, после подкисления остаются в растворе. Препараты фульвокислот, выделенных из почвы, имеют диапазон окраски от желто-соломенной до оранжевой. По данным В.В.Пономаревой (1980) в составе фульвокислот углерода 44-49%, водорода 3.5-5.0%, кислорода 44-49%, азота 2-4%. Элементным анализом установлено, что фульвокислоты содержат меньше углерода и азота, а больше кислорода, чем гуминовые кислоты. Средняя молекулярная масса ФК варьирует от 5-7 до 12-15 тысяч атомных единиц массы. В составе фульвокислот отмечены те же функциональные группы, что и в гуминовых кислотах. Инфракрасные спектры свидетельствуют о наличии в их молекулах ароматических ядер, но значительно менее конденсированных по сравнению с гуминовыми кислотами. Алифатические боковые структуры выражены в большей степени. Благодаря этому фульвокислоты хорошо растворимы в воде и весьма подвижны .
М.М.Кононова (1963) считает, что фульвокислоты следует рассматривать как наименее «зрелые» гуминовые соединения. Растворы фульвокислот имеют сильно выраженные кислые свойства (рН 2.6-2.8). Фульваты аммония, щелочных и щелочноземельных катионов растворимы в воде. Комплексные соединения фульвокислот с полуторными окислами при кислой и щелочной реакции среды также растворимы в воде. Фульвокислоты энергично разрушают минеральную часть почвы, оказывая отрицательное влияние на почвенный поглощающий комплекс. Подзолистый горизонт в почвах лесной зоны образуется в результате длительного воздействия фульвокислот. Степень разрушающего воздействия фульвокислот на минералы зависит от количества гуминовых кислот в данной почве. Чем меньше в ней гуминовых кислот, тем сильнее действие фульвокислот и наоборот.
Влияние приемов землепользования, удобрений и извести на распределение органического углерода по профилю почвы
В настоящее время значительно уменьшился процент площадей с кислой реакцией среды, увеличилось количество пашни с высоким содержанием фосфора и калия. Однако процент роста площадей с более высоким содержанием фосфора, калия, показателя рН относительно предыдущих лет не отражает действительного состояния этих земель, в силу того, что сельхозтоваропроизводители исключили из производственного процесса, главным образом, малопродуктивные участки. Площади с качественно более высокими показателями стали являться основной пашней, где осуществляется выращивание сельскохозяйственных культур. Отсюда происходит кажущийся рост в почве основных элементов питания.
Исследование органического вещества пахотных почв проводили в длительных стационарах на базе опытного поля Пермского НИИСХ. Почва под опытами - дерново-подзолистая тяжелосуглинистая. В описании профиля данных почв четко прослеживаются признаки оподзоливания (приложение 6). В верхних горизонтах обильная кремнеземистая присыпка, ясно выражена иллювилированность в виде ореховатосги и глянцевой поверхности горизонта В2. Средняя мощность гумусового горизонта у дерново-подзолистых почв 13 см, пахотный слой не превышает 26 см. Подзолистый горизонт у целинных почв 8-10 см. Материнская порода в среднем начинается со 119 см. В процессе окультуривания подзолистый горизонт полностью вовлекается в пахотный слой. Гранулометрический состав описываемых почв тяжелосуглинистый. В профиле наблюдается некоторая аккумуляция илистой фракции (менее 0.001 мм) в аллювиальном горизонте и материнской породе. Вынос илистых частиц из верхних горизонтов и перемещение их вниз по профилю является следствием промывного типа водного режима, что характерно для почв дерново-подзолистого типа. В пахотном слое преобладает фракция крупной пыли ( 0.05-0.01 мм) (таблица 9 ).
Частицы мелкого песка и пыли в дерново-мелкоподзолистых почвах не участвуют в образовании водопрочной структуры, а, поскольку их содержание наибольшее, то они обуславливают неблагоприятные агрофизические свойства. Данные почвы плохо острукгурены, слабоводопроницаемые, плохо аэрируются, заплывают после дождя, при высыхании образуют плотную корку, имеют высокую связность. Удельный вес почв колеблется от 2.6 до 2.9, объемный вес от 1.33 до 1. 48 г/см . Общая порозность пахотного слоя колеблется от 46 до 58%. В дерново-мелкоподзолистых почвах общая влажность высокая , каппилярная же влажность преобладает над некаппилярной. Почвы отличаются высокой водопрочностью. У них велика максимальная гидроскопичность. Это свидетельствует о том, что в почве может связываться большое количество воды в недоступном для растений состоянии. В засушливые периоды растения на данных почвах сильно страдают от недостатка влаги. В период же таяния снега и во время сильных ливней воды застаиваются на глубине иллювиального горизонта, что часто приводит к вымоканию посевов. Для создания благоприятного сложения пахотного слоя нужно максимально уменьшить механическое воздействие почвообрабаты вающей техники на почву, ее обработку проводить только в физически спелом состоянии, которое наступает по средним многолетним данным 4.05.
Описываемые почвы характеризуются бедностью питательных веществ. Отмечается низкое содержание гумуса, которое в среднем составляет 2.2-2.6 % , с глубиной его количество резко падает. Реакция среды кислая и слабокислая. Величина рНсол по профилю изменяется очень незначительно. Степень насыщенности почв основаниями возрастает вниз по профилю. В пахотном слое почвы обеднены подвижными формами P20s и К20, максимальное их количество сконцентрировано в горизонте С на глубине более метра ( таблица 10).
Биологическая активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании, внесении удобрений и извести
Для изучения процессов гумификации и гумусообразования в современных условиях достаточно характеристики гумуса в 20-25 - сантиметровой толще почвы, поскольку параметры именно этого слоя почвенного профиля являются функцией современных климатических условий [ М.И.Дергачева (1984), В.П.Фирсова и др. (1993) ]. Однако при генетической диагностике почв и при выявлении роли агротехнических приемов на процессы трансформации и миграции органического вещества необходимо исследовать внутрипрофильное распределение гумусовых веществ. Как показали исследования В.В. Пономаревой (1980) , ее учеников и последователей (Николаева (1965); Плотниковой (1972); Арчегова (1968,1970, 1972); Дергачевой (1969,1972); Пономаревой, Плотниковой (1975, 1976, 1980); Орлова (1977,1979), распределение основных компонентов гумуса по профилю разных типов почв специфично и отражает их типовые различия. Формирование гумусового профиля в конкретных климатических условиях зависит, прежде всего, от гранулометрического и химического состава почв, от распределения главных элементов - органогенов (азота, фосфора, калия, кальция, магния) в генетическом профиле дерново-подзолистой почвы и от количества и качества поступающего в почву органического вещества. Все эти факторы необходимо изучать сопряженно. Изменение профиля дерново подзолистых почв под влиянием окультуривания отмечал еще И.Ф. Гаркуша (1955) в своих исследованиях. Сопоставляя профиль целинной и пахотной почвы, он обнаружил в них и существенные различия и черты сходства. Б.А.. Доспехов (1975), рассматривая действие 62-летнего интенсивного применения удобрений, периодического известкования и культуры полевых растений на характер изменения агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы метрового профиля, показал, что наиболее существенные изменения произошли в верхнем пахотном слое 0-20 см и подпахотном — 20-40 см. Масштабы и направление изменения агрохимических свойств почвы в пределах метрового профиля тесным образом связаны с интенсивностью и типом окультуривания [Г.П.Гамзиков (1992), А.М.Лыков (2004)].
В качестве объекта изучения эволюции дерново-подзолистых почв под влиянием окультуривания нами взяты глубинные образцы трех длительных полевых опытов, варианты которых отличаются интенсивностью антропогенной нагрузки на почву.
В опыте 1 пахотные почвы под бессменным чистым паром, монокультурой и севооборотом сопоставлены с залежью, непосредственно примыкающей к пашне.
Важным фактором, определяющим особенности гумусообразования и плодородия почв в целом, является их гранулометрический состав. От него зависит интенсивность процессов превращения, перемещения и накопления как органических, так и минеральных соединений в почве. Ранее возможность существенного изменения гранулометрического состава пахотных почв при применении различных агротехнологий не признавалась. Новейшие исследования [Чижикова (1990); Козловский (2003)] позволяют пересмотреть это положение. Изменение гранулометрического профиля при агротехническом воздействии на почву является важным и труднорегулируе-мым фактором, определяющим динамику почвенного плодородия. Согласно классификации почв по гранулометрическому составу, предложенной Н.А.Качинским, почва под опытом 1 дерново-подзолистая, крупнопылеватая, тяжелосуглинистая. Содержание физической глины-40.2-43.0 %. Частицы крупной пыли доминируют, на их долю в зависимости от вариантов опыта приходится в верхнем горизонте от 31.3 до 40.4% суммы перечисленных фракций (таблица 18), в нижнем - от 26,7 до 39.7% Ю.В.Куваева и А.С. Фрид (2001) указывают на то, что фракция крупной пыли содержит ценнейшие компоненты гумуса, обогащенные азотом и зависит от количества свежевносимого органического вещества. Наибольшее содержание фракций крупной пыли определено в типичном севообороте с внесением навоза и минеральных удобрений (40.9%) и в пахотном слое почвы севооборота с высоким насыщением бобовыми культурами (40.1-40.3%). Минимальное содержание частиц (0.05-0.01 мм) содержит почва бессменного чистого пара: 31.3% в слое 0-20 см и 26.7% - в слое 20-40 см.
Средняя пыль (0.01-0.005 мм) считается наиболее динамичной фракцией. По нашим наблюдениям концентрация частиц средней пыли напрямую зависит от количества поступающего в почву органического вещества, она минимальна в варианте бессменного чистого пара ( 5.3%) и максимальна (8.5%) в почве севооборота с высоким насыщением бобовыми и типичного севооборота на варианте совместного внесения органических и минеральных удобрений (8.7%). Количество частиц мелкой пыли (0.005-0.001 мм) в рассматриваемых вариантах составляет 16.5-18.9 от суммы всех фракций, какой либо закономерности ее изменения в зависимости от применяемых агроприемов не выявлено. В целом сумма пылевых фракций, в которых сосредоточены ценнейшие компоненты гумуса, больше в почвах удобряемых вариантов по сравнению с неудобренными.
Влияние длительного применения удобрений и извести на биологическую активность дерново-подзолистой почвы (опыт 2)
Наибольшей подвижностью характеризуется гумус залежной почвы. В нем содержится сравнительно высокое количество гумусовых веществ 1 -и фракции, равное 11.1 %С от общего содержания Сорг. в почве. Возможно, это связано со значительным повышением уровня органического вещества при длительном (25 лет) нахождении почвы в залежном состоянии.
Результаты исследования фракционно-группового состава гумуса показывают, что фракция 2 гумусовых веществ, связанных преимущественно с Са2+ доминирует в составе гумуса исследуемой почвы, в нее входит около трети всех гумусовых веществ, причем фульвокислоты значительно преобладают над гуминовыми.
Длительное парование дерново-подзолистой почвы вызвало процессы дегу-мификации органического вещества, которые затронули наиболее ценные для плодородия гуминовые кислоты. На фоне относительно высокого содержания общего углерода (30.7%) содержание гуматов кальция в почве бессменного пара составило только 7.5%С. Низкое содержание устойчивой к микробиологической деструкции фракции ГК-2 может быть вызвано, по предположению В.В.Пономаревой (1980), Н.Е.Орловой и Л.Г.Бакиной (2002), В.В.Пономаревой (1980), не столько минерализацией, сколько естественной перегруппировкой -переходом части гуминовых кислот, менее прочно связанных с кальцием из фракции ГК-2 во фракцию ГК-1. Это подтверждается наличием достаточно высокого для почвы бессменного пара содержания лабильных форм гумуса (прежде всего, фракции ГК-1), содержание которых в условиях глубокого дефицита органического вещества составило 6.2%С от Сорг почвы. Состав гумусовых веществ фракции 2 почвы под бессменным ячменем без удобрений также характеризуется пониженным содержанием углерода гуминовых кислот, связанных с Са2".
Применение минеральных и органических удобрений под монокультуры и в севообороте способствовало некоторому увеличению гуматов кальция до 10.0-10.2%С. Выведение дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы из сельскохозяйственного использования привело к накоплению в ней гуминовых кислот на фоне невысокого содержания общего углерода гуминовых веществ 2-й фракции.
В третьей фракции углерод гумусовых веществ примерно поровну представлен гуминовыми и фульвокислотами. Влияние изучаемых приемов землепользования практически не отразилось на количественном и качественном составе гумусовых веществ, прочно связанных с минеральной частью почвы. Даже в условиях 25-летнего бессменного пара содержание гумусовых кислот, прочно связанных с минеральной частью почвы, близко к уровню севооборотных полей, что подтверждает их устойчивость к антропогенному воздействию. При определении содержания негидролизуемого остатка расчетным методом также не выявлено какой-либо закономерности его изменения под влиянием изучаемых факторов. В нем закреплено от 34.6 до 40.8%С гумусовых веществ.
В составе гумуса исследуемой почвы опыта 1 преобладают фульвокислоты. Максимальное их количество определено в бессменном пару, где соотношение Сгк : Сфк, характеризующее глубину гумификации органического вещества, составило 0.55. Тип гумуса фульватный, наиболее устойчивый и характерный для дерново-подзолистых почв.
Применение минеральных и органических удобрений при возделывании культур в севообороте или бессменно способствовало расширению соотношения Сгк : Сфк до 0.79 за счет накопления гуминовых кислот 1-й и 2-й фракций. При этом направленность процесса гумусообразования несколько изменилась. В почве отмечено накопление гуминовых кислот. Тип гумуса охарактеризован как гуматно-фульватный. Прекращение антропогенного воздействия на почву (залежь) привело к накоплению гуминовых кислот, прежде всего, наиболее агрономически ценной фракции ГК-2. Степень гумификации органического вещества возросла, соотношение Сгк: СфК составило 1.01.
Анализ фракционно-группового состава показал, что в составе гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы длительного опыта 1 доминируют гуминовые и фульвокислоты, связанные с Са2+ и прочно связанные с глинистыми минералами. Фракция подвижных гумусовых веществ представлена не 168 значительно и изменяется в зависимости от приемов землепользования от 6.9 до 11.1 %С от его общего содержания в почве.
Таким образом,основываясь на результатах анализов качественного состава гумуса по методу Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой,следует отметить, что длительное парование дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы приводят к уменьшению абсолютного содержания гуминовых кислот, прежде всего наиболее подвижной фракции ГК-1 и накоплению фульвокислот. Возделывание культур в севообороте или бессменно имеет одинаковую направленность изменения фракционно-группового состава гумуса, в частности, наблюдается накопление гуминовых кислот за счет увеличения фракций ГК-1 и ГК-2 и смещение типа гумусообразования от фульватного к фульватно-гуматному. Внесение навоза способствует обогащению дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы свободными, легкоподвижными фракциями (ГК-1) и гуминовыми кислотами, связанными с кальцием, что придает гумусу большую «зрелость» и устойчивость к минерализации. Перевод пахотной почвы в залежную, приводит к накоплению агрономически ценных фракций гумуса - гуминовых кислот и уменьшению фульвокислот.
Дерново-подзолистая тяжелосуглинистая почва опыта 2 характеризуется ВЫСОКИМ ИСХОДНЫМ уровнем ГумуСИрОВаННОСТИ (Сисх. = 1.58%), что, возможно , связано с длительным предшествующим использованием этого участка для хранения и переработки хвойной древесины, богатой воскосмолами и битумами. В составе гумуса этой почвы гуминовые и фульвокислоты представлены примерно поровну, вследствие чего тип гумуса фульватно-гуматный. Наблюдается четкое доминирование гумусовых веществ 2-й и 3-й фракций, доля подвижных форм углерода (фракция 1) невысокая и составляет около 10% от общего его содержания в почве (таблица 43).
