Содержание к диссертации
Введение
I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЦЕЛЬ РАБОТЫ 10
1.1. Органическое вещество в почвах как основной показатель их плодородия 10
1.1.1. Основные типы почв Краснодарского края и содержание в их пахотном слое гумуса
1.1.2. Динамика гумуса по почвенным горизонтам 15
1.1.3. Запасы органического вещества в почвах различных природно-хозяйственных зон 18
1.1.4. Соотношение гуминовых и фульвокислот, их корреляция по горизонтам и сезонам года 20
1.1.5. Роль органического вещества в формировании почвенной структуры. Корреляция между гумусом, гранулометрическим составом почв и содержанием отдельных элементов питания в них 23
1.1.6. Связь органического вещества с микроорганизмами и мезофауной почв 27
1.1.7. Содержание органического вещества в почве и его связь с тяжелыми металлами 31
1.1.8. Зависимость между содержанием органического вещества в почве и урожаем сельскохозяйственных культур 33
1.2. Цель и задачи исследований 36
II. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
2.1. Специфика природных условий района 37
2.2. Климатические условия в годы проведения исследований 47
2.3. Методика проведения исследований 53
III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 56
3.1. Изучение органического вещества в почвах агроландшафта методом площадной съемки 56
3.2. Динамика органического вещества в верхнем слое почвы по годам и сезонам года на полигонах мониторинга 61
3.3. Содержание органического вещества по профилю почвы 73
3.4. Соотношение по массе органического вещества и физической глины в почвенных слоях 80
3.5. Корреляция между уровнем органического вещества и питательных веществ в почве 84
3.6. Связь органического вещества с микробным составом и мезофауной почв 92
3.7. Связь между содержанием в почве органического вещества и тяжелых металлов 105
3.8. Влияние плодородия почвы на качество сельскохозяйственных культур 106
3.9. К вопросу о трансформации органического вещества 108
ВЫВОДЫ 113
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 115
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 116
- Основные типы почв Краснодарского края и содержание в их пахотном слое гумуса
- Специфика природных условий района
- Изучение органического вещества в почвах агроландшафта методом площадной съемки
Введение к работе
Оценка качества почв - важнейший этап в установлении уровня их плодородия. Существует много показателей, определяющих способность почвы обеспечивать растения факторами жизни и коррелирующих поэтому с урожайностью. Главными критериями оценки уровня продуктивности почвы является мощность гумусовых горизонтов и запасы гумуса в них. Это объясняется тем, что органическое вещество в значительной степени влияет на биологические, химические и физические свойства почв, и в итоге, является интегральным показателем их плодородия.
В 1940 году В.Р. Вильяме писал: «С какой бы стороны мы не рассматривали почву, с точки ли зрения её происхождения, её состава, её химических и физических свойств и процессов, в ней происходящих, будем ли рассматривать вопрос о плодородии почвы, или о содержании в ней питательных веществ, станем ли рассуждать об обработке почвы, об удобрении её, об осушении или орошении, всюду сейчас же выплывает вопрос об органических веществах почвы, как о главном факторе, определяющем весь характер, все свойства, всю физиономию почвы».
Говоря об органическом веществе почвы, необходимо отдельно выделить его значения в образовании структуры почвы, улучшении физико-химических свойств почвы, а также её водных и воздушных свойств. От наличия органического вещества в почве зависит её противоэрозионная устойчивость. Органическое вещество уменьшает объемный вес почвы, повышает её влагоемкость, снижает связанность тяжелых почв и увеличивает легких. Гумус является важным фактором в образовании и сохранении прочной структуры почвы, которая под действием воды не изменяется и может лишь частично распадаться на микроагрегаты (Захаров, 1971). Другая, не менее важная функция органического вещества - его непосредственное воздействие на растения. Органическое вещество - важный источник элементов питания для растений. В нем содержится почти весь запас азота, значительная часть
фосфора и серы, а также небольшое количество калия, кальция, магния и других питательных веществ. Органическое вещество служит основным источником пищи и энергетическим материалом для большинства почвенных организмов, на жизнедеятельность которых в свою очередь оказывает сильное влияние содержание в почве органических веществ.
Таким образом, органическая часть почвы является одним из наиболее важных и характерных компонентов почв; значение её для почвообразования и плодородия исключительно велико, и главная роль органики определяется комплексным многосторонним её воздействием.
Последние десятилетия характеризовались значительным ростом интенсификации земледелия. Весь арсенал агротехнических приемов был направлен на получение максимального урожая без соответствующего возврата органического вещества в почву. Все ярче и сильнее стало проявляться потребительное отношение к ней. Это не обеспечило ни сохранение, ни тем более повышение почвенного плодородия. В результате существенно ухудшились свойства почвы, снизилось содержание органического вещества и его запасы, нарушились природные процессы почвообразования. В условиях нарастающей интенсификации сельскохозяйственного производства одной из более актуальных стала проблема сохранения органики. Для большинства почв её содержание является основным критерием плодородия. Сложившаяся система земледелия, основанная на интенсивных обработках почвы, при недостаточном внесении органических удобрений, не совершенстве структуры посевных площадей (отсутствие многолетних трав и рост площадей под пропашными культурами) привела к уменьшению мощности гумусирован-ных горизонтов, заметной дегумификации, ухудшению структуры и других агрономических свойств даже таких высокобуферных почв, как черноземы (Гниненко и др., 1998). В связи с этим изучение органического вещества актуально в наши дни.
На территории ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района нами были проведены исследования с 2001 по 2006 годы с целью определения со-
держания органического вещества в почвах агроландшафта. Динамика органического вещества выявлена как в пахотном горизонте (0-20 см) почв, так и по почвенному профилю. Были рассмотрены вопросы об изменении органического вещества по сезонам года, зависимости между органическим веществом и элементами питания, а именно подвижных форм азота, фосфора, калия, связь органического вещества с микроорганизмами почв, влияние органического вещества на качество сельскохозяйственных культур.
Анализ образцов почвы проводился в лаборатории мониторинга почв научно-исследовательского института прикладной и экспериментальной экологии Кубанского государственного аграрного университета. Для определения органического вещества в почве был использован метод Тюрина в модификации ЦИНАО.
Основные типы почв Краснодарского края и содержание в их пахотном слое гумуса
Основные свойства почвы (в первую очередь их плодородие) определяются содержанием в них органических веществ, прежде всего гумуса (Бе-люченко, 1997; 2005). Органическая часть почвы представляет собой сложный комплекс разнообразных органических веществ, которые подразделяются на две группы:
1) негумифицированные органические вещества растительного или животного происхождения;
2) органические вещества специфической природы - гумусовые, или перегнойные (Ягодин, 1982; Русанов, 1999).
Гумусовые вещества обычно составляют от 80 до 90 % общего количества содержащегося в почве органического вещества (Смирнов, 1972; Ягодин, 1982; Роде, Кауричев и др., 1989).
Гумус (гумусовые вещества) - особая группа органических химических соединений, свойственная почвенному покрову земли, то есть специфичная только для почвенных образований (Докучаев, 1949).
Содержание органического вещества, и в том числе гумуса, в пахотном слое разных почв сильно варьирует.
Наибольшее значение в Краснодарском крае по площади распространения и по степени использования в сельскохозяйственном производстве имеют следующие черноземы: обыкновенные, типичные, выщелоченные, последовательно сменяющиеся в направлении с севера на юг (Почвенно-экологический атлас Краснодарского края, 1999). В основе деления черноземов на подтипы положена мощность гумусового горизонта, содержание гумуса в пахотном слое и степень выщелоченно-сти солей угольной кислоты (Блажний, 1958).
По содержанию гумуса в горизонте А различают слабогумусированные черноземы - менее 4; малогумусные - 4-6; среднегумусные 6-9; тучные -более 9 % (Симакин, 1969). Что же касается черноземов Краснодарского края, то их основным свойством является невысокое содержание гумуса в их верхнем горизонте (3,0-4,5 %). Черноземы обыкновенные (карбонатные) преобладают на равнинах Предкавказья. Они отличаются малой гумусностью (3,0-4,2 %). Карбонатные черноземы также как и выщелоченные и типичные являются наиболее плодородными почвами края. Черноземы выщелоченные и типичные наибольшие площади занимают в Западном Предкавказье, располагаясь широкой полосой в южной части Азово-Кубанской низменности. Образовавшиеся черноземы характеризуются сравнительно невысоким содержанием органического вещества (4,0-4,8 %) (Вальков, 1977; Вальков и др., 1995).
Необходимо отметить также, что при высокой культуре земледелия содержание гумуса относительно высокое, на сильно дегумифицированной пашне количество гумуса снижается до 3,0 %, а на дефлированных и смытых почвах приближается к критической величине - около 2 % (Вальков и др., 2002).
Периодические почвенные обследования и данные научных учреждений последних лет свидетельствуют о значительном изменении содержания гумуса в почвах различных регионов страны. В настоящее время бездефицитный баланс гумуса складывается лишь в Северо-Западном регионе России, в остальных климатических регионах отмечен отрицательный баланс (Система земледелия в Краснодарском крае ..., 1990; Сдобников, 1991; Марченко, 1992; Коробской, 1995). Установлено, что при распашке целинных и залежных земель происходит снижение содержания и запасов гумуса в почвах (Кононова, 1951; Редь-кин, Сидоренко, 1977; Каштанов, 1983; Fritsh М., 1994; Фокин, 1996).
Интенсивность потерь гумуса из почв при переводе их из целинного в пахотное состояние уменьшается по мере продолжительности освоения. Наиболее активно в процессы деструкции органическое вещество почвы вовлекается в первые годы после распашки (Трубилин, Малюга, 1997; Кононова, 1951; Дьяконова, 1984). Из мощного чернозема Украины за столетнее использование в течение первых 12 лет после распашки среднегодовые потери составили - 0,14 %, в последующие 25 лет - 0,08 % и затем - 0,04 % (Гамзи-ков, Кулагина, 1992). Для почв зернового пояса США приводятся потери гумуса при сельскохозяйственном использовании по трем двадцатилетним периодам: в первый - 25 %, во второй - 10 % и в третий - 7 % (Тейт, 1991).
Таким образом, во всех без исключения случаях распашка целинных черноземов приводит к уменьшению количества гумуса в почве, что, по мнению Н.И. Лактионова (1988), следует считать закономерностью для высоко-гумусированных почв черноземного типа.
Экспедиционные маршруты обследования, проведенные в начале прошлого века В.В. Докучаевым, С.А. Яковлевым, И.В.Имшенецким, Б.В. Ска-ловым, Е.С. Блажним и другими, показали, что черноземы Прикубанской и Закубанской равнин содержали в момент обследования в пахотном слое в среднем 4-6 % гумуса, то есть относились к малогумусным. В настоящее время в почвах сельскохозяйственных угодий среднегумусные и тучные черноземы практически исчезли. Из материалов почвенного обследования последних лет следует, что за последние 40 лет на 10-12 % территории уменьшились площади малогумусных черноземов и, соответственно увеличились -слабогумусных (Штомпель и др., 1999).
Специфика природных условий района
Климат. Хозяйство ОАО «Заветы Ильича» расположено в южной части Ленинградского района к северу от Краснодара. По основным климатическим характеристикам территория района исследований относится к зоне умеренно-континентального климата с неустойчивым увлажнением (коэффициент увлажнения 0,25-0,30). Осадков за год выпадает 450-600 мм. Максимум их обычно приходится на июнь-июль, а конец лета нередко бывает засушливым (Гвоздецкий, 1958). Среднегодовая температура воздуха +9-11С. Лето очень теплое. Зима умеренно холодная, наступает в конце ноября - начале декабря. Территорию района ограничивают изотерма января -4С и изотерма июля +22С. Абсолютный максимум +38С, абсолютный минимум -26С. Даты перехода средней суточной температуры воздуха через +5С: весной - 1-5 апреля, осенью - 5-Ю октября. Суммы средних суточных температур воздуха выше 0С находятся в пределах 200-300 дней. Средняя из наибольших высот снежного покрова - 15-20 см. Первый заморозок осенью наступает 13 октября, а последний заморозок весной - примерно в середине апреля. Продолжительность безморозного периода в воздухе -185-190 дней.
Сумма температур воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха более +10С - 3400С. Средние из абсолютных годовых минимумов температуры воздуха - -22-23С.
Преобладающее направление ветра северо-восточное (СВ) - в июле и восточное (В) - в январе (рис. 1).
Повторяемость (%) состояния неба (облачность в баллах): ясное (0-2 балла) - 25 %, облачное (3-7 баллов) - 20 %, пасмурное (8-Ю баллов) - 55 %. Радиационный баланс составляет более 50 ккал/см2 в год. Турбулентный теплообмен поверхности земли с атмосферой колеблется в пределах 17,5 -20,0 ккал/см в год. Затраты тепла на испарение - 30-35 ккал/см в год. Коэффициент континентальное соответствует 65-70 %.
различной интенсивности. На территории района частая повторяемость сильных ветров (более 15 метров в секунду). Наибольшая повторяемость сильных ветров наблюдается ранней весной. Серьезную опасность представляют сильные и даже умеренные ветры; когда они наблюдаются продолжительное время, вызывают эрозию почвы и пыльные бури. Число дней с пыльной бурей в среднем за год составляет 5-6, а максимальное - 20-30. К неблагоприятным явлениям погоды за вегетационный период относятся суховеи, среднее число которых за период с суммой температур более 10С - 30-35 дней. К благоприятным условиям климата относится длительная продолжительность вегетационного периода, позволяющая выращивать разнообразные сельскохозяйственные культуры. К неблагоприятным климатическим условиям следует отнести неустойчивость увлажнения с возможными длительными периодами засухи, что указывает на необходимость применения почвозащитных и влагосберегающих мероприятий при возделывании сельскохозяйственных культур (Атлас Краснодарского края и Республики Адыгея, 1996; Белюченко и др., 2002).
Геология, геоморфология, гидрология. Изучаемая территория располагается в пределах Прикубанской степной равнины на пологих левом и правом берегах реки Средний Челбас. Склоны реки Средний Челбас и балок весьма протяженные. Сток реки осуществляется в западном и северозападном направлениях. Происходит перемыв пойменных осадков и подмыв уступов террас и склонов. В геологическом отношении территория представлена четвертичными отложениями, которые характеризуются наличием песка, галечника, суглинка, супеси.
В орографическом отношении изучаемая площадь является частью Кубанской аккумулятивной равнины, имеющей слабый наклон в сторону Азовского моря. Территория представляет собой степную равнину со слабо всхолмленным балочным рельефом. Абсолютные высотные отметки колеблются от 17 до 30 м.
В структурно-тектоническом плане местность расположена в пределах Скифской платформы, на северном платформенном крыле Азово-Кубанской впадины, через которую проходит Березанский разлом. В геологическом строении принимают участие отложения от докембрийского до современного возраста. Почвенная геология изобилует лессовыми породами, широко распространены однородные, пористые, рыхлые наносные отложения. Лесс состоит из осадков, образовавшихся в результате выветривания. Район - тектонически-активный. Местность может подвергаться землетрясению силой до 7 баллов.
Изучение органического вещества в почвах агроландшафта методом площадной съемки
Климат. Хозяйство ОАО «Заветы Ильича» расположено в южной части Ленинградского района к северу от Краснодара. По основным климатическим характеристикам территория района исследований относится к зоне умеренно-континентального климата с неустойчивым увлажнением (коэффициент увлажнения 0,25-0,30). Осадков за год выпадает 450-600 мм. Максимум их обычно приходится на июнь-июль, а конец лета нередко бывает засушливым (Гвоздецкий, 1958). Среднегодовая температура воздуха +9-11С. Лето очень теплое. Зима умеренно холодная, наступает в конце ноября - начале декабря. Территорию района ограничивают изотерма января -4С и изотерма июля +22С. Абсолютный максимум +38С, абсолютный минимум -26С. Даты перехода средней суточной температуры воздуха через +5С: весной - 1-5 апреля, осенью - 5-Ю октября. Суммы средних суточных температур воздуха выше 0С находятся в пределах 200-300 дней. Средняя из наибольших высот снежного покрова - 15-20 см. Первый заморозок осенью наступает 13 октября, а последний заморозок весной - примерно в середине апреля. Продолжительность безморозного периода в воздухе -185-190 дней.
Сумма температур воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха более +10С - 3400С. Средние из абсолютных годовых минимумов температуры воздуха - -22-23С.
Преобладающее направление ветра северо-восточное (СВ) - в июле и восточное (В) - в январе (рис. 1).
Повторяемость (%) состояния неба (облачность в баллах): ясное (0-2 балла) - 25 %, облачное (3-7 баллов) - 20 %, пасмурное (8-Ю баллов) - 55 %. Радиационный баланс составляет более 50 ккал/см2 в год. Турбулентный теплообмен поверхности земли с атмосферой колеблется в пределах 17,5 -20,0 ккал/см в год. Затраты тепла на испарение - 30-35 ккал/см в год. Коэффициент континентальное соответствует 65-70 %.
различной интенсивности. На территории района частая повторяемость сильных ветров (более 15 метров в секунду). Наибольшая повторяемость сильных ветров наблюдается ранней весной. Серьезную опасность представляют сильные и даже умеренные ветры; когда они наблюдаются продолжительное время, вызывают эрозию почвы и пыльные бури. Число дней с пыльной бурей в среднем за год составляет 5-6, а максимальное - 20-30. К неблагоприятным явлениям погоды за вегетационный период относятся суховеи, среднее число которых за период с суммой температур более 10С - 30-35 дней. К благоприятным условиям климата относится длительная продолжительность вегетационного периода, позволяющая выращивать разнообразные сельскохозяйственные культуры. К неблагоприятным климатическим условиям следует отнести неустойчивость увлажнения с возможными длительными периодами засухи, что указывает на необходимость применения почвозащитных и влагосберегающих мероприятий при возделывании сельскохозяйственных культур (Атлас Краснодарского края и Республики Адыгея, 1996; Белюченко и др., 2002).
Геология, геоморфология, гидрология. Изучаемая территория располагается в пределах Прикубанской степной равнины на пологих левом и правом берегах реки Средний Челбас. Склоны реки Средний Челбас и балок весьма протяженные. Сток реки осуществляется в западном и северозападном направлениях. Происходит перемыв пойменных осадков и подмыв уступов террас и склонов. В геологическом отношении территория представлена четвертичными отложениями, которые характеризуются наличием песка, галечника, суглинка, супеси.
В орографическом отношении изучаемая площадь является частью Кубанской аккумулятивной равнины, имеющей слабый наклон в сторону Азовского моря. Территория представляет собой степную равнину со слабо всхолмленным балочным рельефом. Абсолютные высотные отметки колеблются от 17 до 30 м.
В структурно-тектоническом плане местность расположена в пределах Скифской платформы, на северном платформенном крыле Азово-Кубанской впадины, через которую проходит Березанский разлом. В геологическом строении принимают участие отложения от докембрийского до современного возраста. Почвенная геология изобилует лессовыми породами, широко распространены однородные, пористые, рыхлые наносные отложения. Лесс состоит из осадков, образовавшихся в результате выветривания. Район - тектонически-активный. Местность может подвергаться землетрясению силой до 7 баллов.
