Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Роль основных агрохимических показателей в обеспечении устойчивости почв к механическим нарушениям 8
1.2. Влияние механического воздействия техники на агрофизическое состояние почв 17
Глава 2. Объекты, условия и методы исследований 27
2.1. Методика и условия проведения наблюдений в производстве 27
2.2. Методика постановки опытов 32
2.3. Методы лабораторных исследований 40
Глава 3. Оценка степени нарушенности почв по их агрономическому состоянию 43
3.1. Оценка состояния анализируемых объектов по результатам визуального осмотра участков 45
3.2. Влияние строительно-ремонтных работ на физические свойства почвы 51
3.3. Агрохимическая характеристика нарушенных почв 57
3.4. Степень загрязнения почв тяжелыми металлами 64
Глава 4. Влияние известкования, органических и минеральных удобрений на продуктивность культур, выращиваемых на нарушенных землях 71
4.1. Исследование по оценке влияния известкования и различных доз навоза КРС на продуктивность викоовсяной смеси 71
4.1.1. Влияние извести и навоза на урожайность культуры 71
4.1.2. Влияние удобрений на качество растительной массы 75
4.2. Влияние совместного действия органических и минеральных удобрений на урожайность викоовсяной смеси и горчицы 80
Глава 5. Изучение возможности использования разных видов органических удобрений для воспроизводства плодородия нарушенных почв 83
5.1. Влияние органических удобрений на урожайность сидеральной массы культурных растений 84
5.2. Оценка участия различных видов органических удобрений в накоплении гумуса в почве 89
5.3. Влияние органических удобрений на агроэкологическое состояние почвы 96
Глава 6. Технология рекультивации нарушенных сельскохозяйственных земель 104
6.1. Обоснование основных элементов технологии восстановления плодородия нарушенных земель 104
6.2. Схема проведения биологического этапа рекультивации... 110
6.3. Расчет стоимости работ по биологической рекультивации земель.. 116
Выводы 127
Предложения производству 130
Список использованной литературы 131
Приложения 155
- Роль основных агрохимических показателей в обеспечении устойчивости почв к механическим нарушениям
- Оценка состояния анализируемых объектов по результатам визуального осмотра участков
- Влияние совместного действия органических и минеральных удобрений на урожайность викоовсяной смеси и горчицы
- Оценка участия различных видов органических удобрений в накоплении гумуса в почве
Введение к работе
Актуальность исследований
Основой повышения продуктивности сельскохозяйственного производства и обеспечения устойчивого развития растениеводческой отрасли является соблюдение принципов оптимизации питания растений и сохранения почвенного плодородия, научную базу чему традиционно дает наука агрохимия. Однако изменяющиеся условия в агропромышленном комплексе в ряде случаев требуют переосмысления и развития классических фундаментальных представлений о функционировании агроэкосистемы на фоне всевозрастающей техногенной нагрузки. Так, ежегодно большое количество территорий нарушается вследствие строительства и проведения работ на объектах линейных сооружений (газо- и нефтепроводов, линиях связи, электропередач и т.д.), следствием чего является резкое ухудшение почвенных режимов и свойств в зоне воздействия.
Нарушенные таким образом почвы нуждаются в восстановлении плодородия верхнего обрабатываемого слоя, а зачастую и всего почвенного профиля, для чего необходимо проведение специальных рекультивационных мероприятий. Важной задачей при этом является разработка такой системы рекультивации, которая обеспечит наиболее эффективное восстановление почвенных характеристик в максимально короткие сроки. Ее решение возможно только при наличии информационной базы, включающей в себя сведения об агрономических свойствах нарушенных почв и их динамике, а также о влиянии на процессы восстановления традиционных земледельческих приемов (внесение органических и минеральных удобрений, известкование, залужение, система обработки почв).
Однако имеющаяся в настоящее время информация в основном касается проблем восстановления и рационального использования нефтезагрязненных земель, а публикаций по материалам исследования механически нарушенных земель сельскохозяйственного назначения практически нет. В связи с этим большую значимость приобретают данные мониторинговых исследований в техногенно нарушенных агроландшафтах, а также результаты экспериментов, позволяющих установить оптимальные дозы и виды удобрений, состав фитоценоза и т.д.
Цель и задачи исследования
Цель исследований состояла в оценке качества и агрономической ценности механически нарушенных земель сельскохозяйственного назначения и научном обосновании использования агрохимических приемов при их рекультивации.
В задачи исследования входило:
оценка воздействия работ по строительству и ремонту магистрального нефтепровода на физические и агрохимические свойства светло-серых лесных и дерново-подзолистых пахотных почв, а также изучение их динамики во времени;
определение влияния агрохимических приемов (известкование, дозы органических и минеральных удобрений) на продуктивность викоовсяной смеси, выращиваемой на нарушенной почве;
изучение использования различных видов органических удобрений (сидераты, навоз КРС, соломонавозный и торфонавозный компост, осадок сточных вод) для воспроизводства плодородия нарушенных почв;
разработка технологии биологической рекультивации нарушенных земель сельскохозяйственного назначения и расчет затрат на ее проведение.
Научная новизна
Впервые в условиях Нижегородской области проведена оценка степени нарушенности почв земель, подвергшихся механическому воздействию при осуществлении ремонтно-строительных работ на магистральном нефтепроводе. Установлено, что техногенно нарушенные почвы характеризуются резким ухудшением физических свойств, снижением содержания органического вещества и основных элементов питания.
В модельных экспериментах на нарушенных почвах выявлено, что по комплексу показателей наиболее целесообразным при их рекультивации является использование торфонавозного компоста в дозе 50 – 100 т/га, что обеспечивает прибавку урожая растительной массы (до 120 % к контролю) и способствует увеличению содержания гумуса в почве (0,11 – 0,22%, или 3,25 – 6,50 т/га).
Предложены 2 варианта технологии рекультивации – базовый и интенсивный, для которых разработаны принципиальные схемы и сметы.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
ремонтно-строительные работы на магистральных трубопроводах негативно сказываются на агрохимических свойствах дерново-подзолистых и светло-серых лесных почв легкого гранулометрического состава: снижается содержание гумуса и подвижных соединений фосфора, а плотность, плотность твердой фазы и порозность достигают критических для пахотных почв значений при значительном варьировании показателей и увеличении пестроты почвенного покрова. Санитарно-гигиеническое состояние нарушенных почв остается удовлетворительным;
известкование, внесение органических (40 г/кг) и минеральных удобрений (0,2 - 0,4 г/кг N, Р2О5 и К2О) в 1,5-2,0 раза позволяет повысить урожайность и питательную ценность однолетних и многолетних бобово-злаковых травосмесей, выращиваемых на нарушенных почвах;
применение сидератов, осадка сточных вод, торфонавозного и соломонавозного компостов способствуют улучшению физико-химических свойств нарушенных почв, а также повышению обеспеченности их гумусом и подвижными соединениями основных элементов питания.
Практическая значимость
Наблюдения в производстве за изменением физических, агрохимических и санитарно-гигиенических показателей светло-серых и дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава, нарушенных при строительстве магистрального нефтепровода, а также экспериментальные вегетационные и микрополевые исследования по составу фитоценоза для залужения и оценке использования агрохимических средств (известкования, минеральных и различных видов органических удобрений) с целью восстановления их плодородия, позволили создать технологию биологической рекультивации нарушенных почв, оценив ее с агрономических и экономических позиций.
Результаты исследований активно используются как организациями, осуществляющими воздействие на пахотные земли (ОАО «Верхневолжские нефтепроводы», ОАО «ФСК ЕЭС» и др.), так и собственниками (арендаторами) земель при экспертизе материалов по оценке воздействия строительно-ремонтных работ на линейных объектах на показатели плодородия почв и расчете убытков от их нарушения (Отчет по договору с ОАО «Верхневолжскнефтепроводы», 2008; Отчет по договору с СПК «Колхоз Искра», 2008; Отчет по договору с КФХ Коженкова М.К., 2009 и др.).
Основные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин: агрохимия, сельскохозяйственная экология, охрана окружающей среды, экономика природопользования.
Апробация работы
Результаты исследований ежегодно заслушивались на конференциях аспирантов и научно-педагогических работников Нижегородской ГСХА, были доложены на 2х Международных научно-практических конференциях: «Агрохимия и экология: история и современность» (г. Н. Новгород, 2008), «Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий» (г. Рязань, 2008), а также на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (г. Ростов, 2008). Общее количество опубликованных работ представлено 6 наименованиями общим объемом в 1,4 усл. печ. листа.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа содержит введение, 6 глав содержательной части, выводы и рекомендации производству. Она изложена на 155 страницах, содержит 40 таблиц, 5 рисунков и 9 приложений. Список литературы включает 228 наименований, в т.ч. 23 публикации иностранных авторов.
Выражаю искреннюю благодарность всему коллективу кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА за помощь и поддержку при проведении исследований и оформлении диссертационной работы, а также руководству Природного Университета (Польша, г. Люблин) и профессору кафедры химии и окружающей среды С. Лабуда за предоставленную мне возможность стажировки и помощь в организации аналитических работ.
Роль основных агрохимических показателей в обеспечении устойчивости почв к механическим нарушениям
Ценность земли как основного средства сельскохозяйственного производства в конкретной хозяйственной инфраструктуре определяется ее плодородием, которое по ГОСТу 27593-88 трактуется как «способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для нормальной их жизнедеятельности».
В конце девятнадцатого века В.В. Докучаев представил почву как результат совместного действия климата, организмов, рельефа, почвообразую-щей породы, времени и т.д. При этом он отмечал, что не существует почв, образовавшихся без какого либо фактора, равно как и не существует почв, которые бы адекватно не менялись под воздействием изменений хотя бы одного из факторов. Позже, в середине двадцатого века, Г. Йенни впервые выразил данное утверждение в виде алгоритма: S— f(cl, о, г, р, t ...), где: S- почва, сі — климат, о - организмы, г - рельеф, р - порода, t - время (Щербаков А.П., Рудай И.Д., 1983). Эта модель по сути своей явилась первой математической моделью, объединившей в экосистему экологические факторы. Однако в последнее время в почвообразовательном процессе всё активнее участвует такой фактор, как антропогенное воздействие, которое проявляется как в химическом, так и механическом воздействии на почву (Добровольский Г.В., Никитин Е.Д., 2000). С середины XX века в связи огромными темпами роста добычи полезных ископаемых и строительства всё актуальнее становится проблема земель с уничтоженным почвенным покровом. Как правило, поверхность таких земель образуется грунтами различного «непочвенного» характера. При этом, если такие грунты не обладают токсичными свойствами и имеют достаточную емкость катионного обмена, уже в первые годы на них хорошо растут бобовые, а при внесении азотсодержащих удобрений — и злаковые виды растений (Махер Даис, 2009).
Всё это не вполне укладывается в типичное представление о почве как о носителе плодородия (Historical..., 2005). В частности, всё активнее высказывается мысль о преувеличенной роли гумуса в плодородии земель, основанной на утверждении: функция почвы в плодородии состоит лишь в её способности оптимизировать определённый набор экологических факторов (водно-воздушный, питательный, тепловой и пр. режимы для произрастания растений) (Andrews S.S., 2004; Bell М.С, 2008). Это, в свою очередь, является одним из важнейших аспектов рекультивационного почвоведения. Рыхлые горные породы имеют много общего с верхним гумусовым горизонтом типичных почв. Они обладают определённой порозностью, водоудерживающей способностью, сходными с пахотным горизонтом физико-химическими свойствами, определённым запасом подвижных соединений фосфора, калия и других макро- и микроэлементов (Puskas I., 2009) . Всё это позволяет говорить о потенциально высоком плодородии подобных грунтов, образовавшихся техногенным путём (Vrscaj В., 2008; Zhang Y., 2009). Растения, произрастающие на таких грунтах, могут давать достаточно высокие урожаи вегетативной массы, так как на начальных этапах практически отсутствует межвидовая конкуренция и конкуренция с только зарождающимся микробным сообществом. Описанный таким образом процесс «зарождения» новых почв практически не противоречит и даже органично вписывается в формулу «До-кучаева-Иенни», при условии включения в неё антропогенного фактора.
Техногенные грунты, появившиеся в ландшафте в результате человеческой деятельности (строительства, аварий или добычи полезных ископаемых), по своей сути не являются абсолютно новым для данной экосистемы веществом (Кирейчева Л.В., Яшин В.М., Ильинский А.В., 2008). Со временем они однозначно эволюционируют в типичные для этой территории почвы (Boekheirn J.G., 2000; Kirchmann Н., 2000). Однако в современном быстро и динамично развивающемся мире фактор времени (сотни лет) играет, зачас тую, решающую роль. Это, в свою очередь, заставляет человека максимально возможно воздействовать на факторы почвообразования для того, чтобы вновь образованные «-зёмы» приобрели, либо не утратили своей хозяйственной ценности. Так, как многие мелкозёмные породы и лёссы со временем становятся менее «технологичными» по сравнению с зональными почвами, а культурные растения, произрастающие на них, снижают свою урожайность (Моторина Л.В., 1975). В связи с этим, при эксплуатации подобных грунтов возникает необходимость оптимизации физико-химического и агрохимического состояния с целью максимального приближения их свойств к типичным для данного агроландшафта почвам (Никитин Б.А., 1986; Carter М., 2002).
Как отмечают многие авторы (Державин Л.М., Фрид А.С., Янишевский Ф.В., 1999; Державин Л.М., Фрид А.С., 2001), перечень показателей, характеризующих плодородие почв, зависит от почвенно-климатических условий и должен быть привязан к конкретным природно-сельскохозяйственным районам. Обобщение научных исследований (Щербаков А.П., Рудай И.Д., 1983; Рудай И.Д., 1985; Алферов А.А. 1999) показывает, что наиболее четко выделяются три группы основных показателей плодородия почв: агрохимические (гумус, валовые и подвижные формы азота, фосфора и калия, микроэлементы, рН солевой и водной вытяжки из почвы, гидролитическая кислотность, емкость поглощения); агрофизические (гранулометрический состав, структурное состояние, объемная масса, плотность сложения, общая пористость и пр.); биологические (общее количество микроорганизмов, нитрификационная и азотфиксирующая способность, ферментативная активность, интенсивность выделения ССЬ и разложения целлюлозы и др.) (Arshad М.А., 2002).
Все эти показатели взаимосвязаны и по-разному влияют на плодородие почв (Платонычева Ю.Н., Полякова Н.В., Володина Е.Н., 2009). Наиболее часто при характеристике почв используют агрохимические показатели, поскольку любые воздействия природных факторов (рельеф, уровень грунтовых вод и т.д.) и производственной деятельности человека (известкование, длительное применение удобрений, механическое воздействие и т.д.) отражаются на изменении агрохимических свойств почвы (Полякова Н.В., Гор-шунова А.П., Титова В.И., 1998). В свою очередь, их улучшение ведет к благоприятному развитию биологических процессов в почве и способствует улучшению водно-физических свойств (Кулаковская Т.Н., 1990).
Основными агрохимическими показателями, характеризующими почву, являются кислотность, сумма поглощенных оснований, емкость поглощения, содержание гумуса, подвижных соединений фосфора и калия. Среди них выделяют ряд показателей, в сильной степени обусловленных генетическими свойствами почв и базирующихся на их поглотительной способности (рНксь Нг, S, Т или ЕКО, V), называя их физико-химическими (Минеев В.Г., 2004).
Оценка состояния анализируемых объектов по результатам визуального осмотра участков
Технический прогресс, сопровождающий развитие народного хозяйства, в последние годы все более масштабно проникает и в сферу аграрного производства, проявляясь, в частности, в механических воздействиях на земли сельскохозяйственного назначения при строительстве и ремонте линейных сооружений, прокладке магистральных линий электропередач, автодорог и пр. Такие работы сопровождаются многократным использованием тяжелой строительной (экскаваторы, бульдозеры, автокраны и т.д.), автомобильной (автосамосвалы, бортовые машины) и специальной техники, что оказывает сильное воздействие на почвы, приводя к их уплотнению и обесструктурива-нию (Макаров И.П., 1987; Теоретические..., 1991; Русанов A.M., 2003; Шевцов Н.М., 2008). В конечном итоге это приводит к деградации земель (Поч-венно-экологический ..., 1994; Добровольский Г.В., Никитин Е.Д., 2000).
Часто нарушение почвенного покрова в результате избыточного давления сельскохозяйственной техники и других средств механизации на почву сопровождается прямым уничтожением или снижением продуктивности сельскохозяйственных угодий, периодическим переувлажнением (особенно в весенний период) корнеобитаемого слоя, затруднением воздухообмена. Уплотненные почвы оказывают большое сопротивление проникновению в них корневых систем растений, в таких почвах ухудшаются водно-воздушный и питательный режимы (Григорьев В.Я и др., 1994).
Однако ухудшение физических характеристик пахотного и подпахотного слоев почвы является не единственным возможным негативным последствием осуществления работ по строительству и ремонту линейных сооружений на сельскохозяйственных землях. Специфика рассматриваемых технологий предполагает разработку котлованов, траншей и т.д. Причем зона механического воздействия, связанная с этим, затрагивает обычно весь почвенный профиль и более глубоколежащие слои. В результате происходит нарушение естественного сложения почв.
Кроме этого, даже если принятая технология обеспечивает сохранность пахотного слоя (т.е. предполагает его удаление с места проведения работ с последующей укладкой на исходное место), возможно привнесение в него бедных гумусом и элементами питания растений нижележащих слоев. Это может происходить из-за некоторой естественной вариабельности глубины плодородного слоя, которую сложно учесть при осуществлении работ, а также из-за небольших поступлений минеральных грунтов с рабочими органами машин и механизмов и т. д. При нарушении же технологии или некачественном проведении работ масштабы данного процесса могут приобретать серьезные размеры и существенно снижать качество земель (Зубайдуллин А.А., 2003; Несовершенство..., 2004). В отдельных случаях при грубом нарушении технологии работ возможно полное уничтожение плодородного слоя почвы.
Информация о качестве почв, подвергшихся воздействию работ по ремонту линейных сооружений, получена с использованием метода мониторинговых наблюдений за их состоянием во времени и в пространстве. Все обследования проведены в соответствии с действующими на момент проведения исследований нормативными материалами (Методические указания..., 1994; Методические указания..., 2003).
Суждение о количественных параметрах наблюдаемых изменений делали на основе сравнения результатов анализа отобранных на исследование почвенных проб с данными прошлых лет или с подобными характеристиками ненарушенной почвы, идентичной по генетическим признакам. Наблюдения проведены в течение 2- лет (2007 и 2008 гг.) на 2 подтипах почв - дерново-подзолистой и светло-серой лесной, супесчаных по гранулометрическому составу. Визуальный осмотр объекта, расположенного на светло-серой лесной почве (паспортизуемый участок № 68) показал следующее. Растительный покров в полосе отвода отсутствует. Поверхность участка проведения работ резко дифференцирована по цвету (фото 1). Около 25 % площади имеет светло-серый цвет, характерный для пахотного слоя светло-серых лесных почв, распространенных на данной территории. Остальная часть участка желтовато-бурого цвета. Все вышеотмеченное свидетельствует о выносе на поверхность в процессе проведения работ материала из глубоколежащих генетических горизонтов почвы вплоть до материнской породы. Общеизвестно, что почвенный профиль дифференцирован по свойствам. Верхний пахотный (гумусово-аккумулятивный) горизонт характеризуется максимальным количеством органического вещества, сравнительно высокой концентрацией элементов питания растений, наиболее благоприятными физическими, водно-физическими, физико-химическими свойствами и т.д. Все это в целом позволяет называть верхний слой почвы плодородным, то есть способным обеспечивать растения необходимыми условиями жизни. Нижележащие горизонты обладают этим свойством в значительно меньшей степени, в связи с чем уничтожение верхнего плодородного слоя (перемешивание с другими генетическими горизонтами или погребение под ними) приводит к резкому снижению природно-хозяйственной ценности земель. Период естественного восстановления нарушенных подобным образом почв может быть очень длительным - десятки, а в ряде случаев и сотни лет. Для предотвращения уничтожения плодородного слоя почвы при проведении строительных и других видов работ действующей нормативно-законодательной базой РФ (Постановление Правительства РФ от 23 февраля 1994 г. «О рекультивации земель, ...»; «Основные положения о рекультивации ..., 1995; ГОСТ 17.5.3.04-83 «Охрана природы. Земли. ...»; ГОСТ 17.4.3.02-85 «Охрана природы. Почвы. ...» и т.д.) предусмотрены мероприятия по его охране. Согласно им, снятие, транспортировка и складирование (при необходимости) плодородного слоя почвы с возвращением его после проведения работ на рекультивируемые земли является обязательным.
Влияние совместного действия органических и минеральных удобрений на урожайность викоовсяной смеси и горчицы
Кроме плотности и плотности твердой фазы к общим физическим показателям относится пористость (скважность) почв. Данный показатель трактуется как суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы и зависит от гранулометрического состава, структурности, содержания органического вещества, деятельности почвенной фауны и т.д. Общая пористость верхних горизонтов обычно варьирует в пределах 50-55 %.
В фоновых вариантах со светло-серой лесной почвой пористость пашни являлась, согласно классификации Качинского, отличной. Однако после проведения работ по ремонту трубопровода пористость приобретала значения, пограничные между удовлетворительной и неудовлетворительной. На дерново-подзолистой почве пористость поля (под многолетними травами) имела значения неудовлетворительные для пахотного слоя. В местах же проведения земляных работ пористость приобрела значения, характеризующиеся как чрезмерно низкие (предельно допустимая общая пористость, по данным Нугиса Э.Ю., Лехтвеэр Р.В., составляет 37 %), характерные для уплотненных иллювиальных горизонтов (Приложение 3).
В целом значение общей пористости при осуществлении на нее антропогенного воздействия обусловлено, в основном, супесчаным гранулометрическим составом и низким содержанием гумуса в исследуемых почвах. При этом изменение общей пористости имеет обратную зависимость с изменением плотности почвы: ее снижение сопровождается увеличением объемной массы и плотности твердой фазы почвы.
Обобщая материалы по изучению физических свойств нарушенных почв, можно констатировать: существенное увеличение диапазона варьирования показателей физического состояния нарушенных почв (т.е. увеличение пестроты свойств почвы), что не только снижает природно-хозяйственную ценность земель, но и затрудняет разработку мероприятий по их рекультивации; ухудшение физических характеристик почвы вследствие проведения ремонтных работ на магистральном нефтепроводе, проявляющееся в увеличении объемной массы и плотности твердой фазы почвы, а также снижении общего объема пор. Значение показателей в отдельных образцах достигает критического уровня. Наиболее сильным изменениям подвергалась дерново-подзолистая почва; процесс ухудшения физического состояния почвы обусловлен как непосредственным воздействием тяжелой техники в ходе осуществления работ, так и привнесением материала нижележащих почвенных горизонтов в верхние слои почвы.
Агрохимические свойства почвы определяют условия произрастания растений и во многом характеризуют природно-хозяйственную значимость земель. Как правило, при соблюдении технологии ремонтно-строительных работ на магистральных нефтепроводах, обеспечивающей сохранность пахотного слоя, агрохимические характеристики почвы меняются незначительно. Однако существенный привнос материалов нижележащих горизонтов на поверхность (что наблюдалось в конкретном рассматриваемом случае), может привести к значительному ухудшению питательного режима почвы.
Результаты определения основных агрохимических характеристик (Приложении 4) исследуемых почв в 2007 г. представлены в таблице 15.
Значение рНксі позволяет охарактеризовать почву как нейтральную. Подобная реакция среды обычно не свойственна светло-серым лесным и дерново-подзолистым почвам и является следствием их антропогенной трансформации, которая происходит в результате сельскохозяйственного окультуривания земель (проведения химических мелиорации) и в результате поступления на поверхность почвы щелочных агентов с пылевыми выпадениями и атмосферными осадками. Действие последнего фактора в Нижегородской области довольно значимо (Шафронов О.Д., 2005). В результате верхний пахотный слой почвы, как правило, имеет более высокое значение рНксь чем нижележащие горизонты. В связи с этим привнос материала нижних горизонтов в верхний слой, что произошло при проведении работ по замене дефектного участка нефтепровода, привел к некоторому подкислению почвы. Значение рНКсі в нарушенных почвах в среднем на 0,3-0,6 единиц ниже, чем в их ненарушенных аналогах. Тем не менее, кислотность почвы на полосе отвода характеризуется как агрономически нейтральная, т.е. является вполне благоприятной для произрастания сельскохозяйственных культур.
Содержание гумуса является важнейшим показателем, во многом определяющим все почвенные режимы и свойства. Дерново-подзолистые и светло-серые лесные почвы обычно характеризуются невысоким запасом органического вещества, что и подтвердило проведенное исследование. Нарушенные земли характеризуются еще более низким содержанием гумуса. Так, в процессе проведения работ запас органического вещества снизился в среднем практически на 40% по сравнению с исходным, что согласно нормативным документам (Система ..., 1992; Методические ..., 1995), соответствует 3е" степени деградации (при оценке глубины деградационных процессов за исходное содержание принимали показатели ненарушенных земель).
Содержание подвижных форм фосфора в исследуемых пахотных почвах является высоким. Проведение работ по замене дефектного участка нефтепровода привело к снижению концентрации данного элемента питания: почва из разряда высокообеспеченных перешла в группу с повышенным содержанием фосфатов. Кратность снижения показателя, как и в предыдущем случае, позволяет отнести почву к сильнодеградированной (3я степень).
Снижение содержания обменного калия менее значимо. Так, концентрация данного элемента в нарушенных землях на 39 % ниже, чем в исходной почве, что соответствует средней степени деградации. Однако с агрохимической точки зрения данный процесс наносит почвенному плодородию не меньший ущерб. Это обусловлено тем, что исходное содержание обменного калия ниже, чем фосфора. Так, пахотная почва относится к группе с повышенным содержанием калия, а нарушенная - со средней степенью обеспеченности данным элементом (причем практически на границе с группой низкой обеспеченности). В связи с этим растения будут испытывать недостаток калия в значительно большей степени, чем фосфора. .
Оценка участия различных видов органических удобрений в накоплении гумуса в почве
Изучение влияния разных видов органических удобрений на урожайность однолетних и многолетних трав в целом позволяет заключить, что даже на механически нарушенной почве при внесении в нее органосодержащих материалов можно получать достаточно высокие урожаи культурных растений, выращиваемых на зеленую массу.
Однако целью посева на таких почвах именно трав является не столько получение урожая, сколько необходимость создания в почве условий для ее реабилитации и восстановления плодородия. Одним из многократно проверенных наукой и практикой приемов повышения качества почв является использование на удобрение зеленой массы выращенных на данных почвах культур путем их равномерного распределения по глубине пахотного слоя (Научные основы..., 2004; Чуян Н.А. и др., 2008). В результате такого приема в почве значительно улучшаются не только условия жизни растений (структура, водно-физические свойства, реакция среды), но и ее питательный режим (обеспеченность основными элементами питания и, прежде всего, содержание гумуса).
Немаловажное значение для повышения плодородия и, в частности, содержания гумуса, имеют корневые и пожнивные остатки культурных растений. Их многогранная роль в накоплении гумуса широко освещена в работах многих ученых (Мосолов В.П., 1953; Тюрин И.В., 1965; Кононова М.М., 1963, Воробьев С.А., 1982; Нарциссов В.П., 1982; Михайличенко Б.П., 1997; Войтович Н.В., 1999; Шумаков А.В., 2006 и др.). В результате минерализации, а затем и гумификации растительные остатки разлагаются в почве с образованием небольшого количества специфического органического вещества почв — гумуса, содержание которого в почве отличается достаточно высокой стабильностью. В целом, скорость разложения органических удобрений (навоза и пр.), растительных остатков (пожнивных, корневых и пр.) и объемы накопления в почве гумусовых веществ определяются их химическим составом, условиями, сопровождающими распад внесенных в почву органических веществ, и условиями закрепления новообразованных гумусовых веществ в почве. Известно, например, что сахара и крахмал минерализуются быстро, белки и целлюлоза - гораздо медленнее, а наиболее устойчивы к разложению лигнин, смолы и воски. Именно поэтому минерализация остатков с высоким содержанием растворимых и легкоразлагаемых химических соединений (например, фитомасса бобовых культур) при прочих равных условиях идет гораздо быстрее (Александрова Л.Н., 1980). Результаты расчета количества гумуса, которое могло быть образовано в почве вследствие заделки в нее органических удобрений и выращенной растительной массы, приведены в таблице 32.
В нашем опыте на сидераты была использована общая биологическая масса (надземная биомасса + корневые и пожнивные остатки) горчицы белой (2007 г.) и бобово-злаковой травосмеси после учета урожая в 2009 году, которые естественно обогатили почву органическим веществом. Кроме того, учитывали органические остатки многолетних трав первого года (2008 г.). Массу корневых остатков многолетних трав определяли расчетным методом, используя соответствующие коэффициенты (Справочное..., 2008), а горчицы - с учетом данных, полученных в полевых исследованиях, проведенных на серых лесных почвах Нижегородской области (Научные основы ..., 2004). При расчете количества гумуса, которое могло быть образовано в почве вследствие заделки в нее данного зеленого удобрения, пользовались коэффициентами гумификации органического вещества, поступающего в почву с надземной массой, корневыми и пожнивными остатками культур, а также с органическими удобрениями (Справочное..., 2008).
Расчеты показывают, что наибольший синтез гумусовых соединений в почве возможен именно при внесении в нее давно признанных в качестве органических удобрений компостов (ТНК и СНК), которые совместно с сидератами обеспечивают приходную часть баланса в объеме 6,91-11,25 т гумуса на 1 гектар площади (Приложение 9 а). Нельзя не отметить при этом, однако, что использование в качестве органического удобрения осадка сточных вод ЖКХ также положительно сказалось на приросте запаса гумусовых веществ в почве, который составил 6,39-8,99 т/га.
Отметим при этом, что особенностью данного опыта является то, что в данном случае мы имеем дело не с типичным пахотным слоем серой лесной почвы (усредненное на основании результатов многолетних исследований содержание гумуса в которой приближается к 2,5-3,0% (Почвы ..., 1978)), а с ее нарушенным вариантом, сильно отличающимся от естественного аналога, что может вносить свои коррективы в возможность гумификации как растительных остатков, так и внесенных в почву органических удобрений.
Вклад сидерального удобрения в накопление гумуса, согласно расчетам (рис. 5), достаточно велик и достигает 53-59% от количества гумуса, накопленного в почве за счет внесения одинарной дозы, и 40-42% - при внесении двойной дозы изучаемых органических удобрений. Удвоение дозы удобрений более чем в 1,5 раза может увеличить образование гумуса в почве. Результаты свидетельствуют, что влияние горчицы белой на синтез гумусовых веществ, по сравнению с многолетними травами, было более выражено во всех вариантах, однако наиболее значимы они были на контроле (Приложение 9 б). При этом эффект от действия горчицы белой в основном обусловлен высокой урожайностью зеленой массы, в то время как вклад многолетних трав в пополнение запаса гумуса в большей степени связан именно с накоплением корневых и пожнивных остатков.
Действительное содержание гумуса в нарушенной серой лесной почве, в течение 3- лет подвергающейся активной биологической рекультивации, показано в таблице 33. Здесь необходимо пояснить, что расчетное содержание гумуса в почве определено с учетом возможной его минерализации в период проведения исследований, которое, по ориентировочным расчетам, в сумме за 3 года составляет 1,03 т или 0,03% (Справочное..., 2008).
