Содержание к диссертации
Введение
1. Антропогенная трансформация почв ЦЧР и режимов их функционирования 9
1.1. Современные концепции функциональной роли почвы в биосфере и деградации почв в антропогенных условиях 9
1.2. Агрогенные изменения экологических функций черноземов 30
1.3. Трансформация почв в условиях техногенеза ~-
1.4. Актуальные вопросы функционально-экологического анализа современного состояния черноземов 52
2. Методологические особенности количественной оценки функционального качества и экологического состояния почв 59
3. Объекты и методы исследования 70
3.1. Почвенно-геоморфологические и эколого-географические особенности почвообразования в ЦЧР 70
3.2. Морфологическая и функционально-экологическая характеристика объектов исследования 97
3.3. Методы исследования 106
4. Основные типы и динамика агрогенной трансформации состава, свойств и функционирования старопахотных черноземов ЦЧР (зональный аспект) 109
4.1. Основные типы агрогенной трансформации черноземов 109
4.2 Агрогенная динамика физико-химических свойств 118
4.3. Агрогенная динамика агрохимических показателей 126
4.4. Агрогенная динамика биологической активности 140
4.5. Интегральная оценка агрогенной трансформации функционального качества и экологического состояния черноземов 149
5. Агрогенная трансформация черноземов при различных режимах землепользования 153
5.1. Экологические особенности влияния севооборотов и различных систем обработки почв 153
5.1.1. Особенности изменения физико-химических свойств черноземов 153
5.1.2. Агрогенная динамика гумусного состояния и пищевого режима 159
5.1.3. Биологическая активность черноземов в условиях различной агротехники 172
5.2. Экологические последействия различных систем удобрений при нормальных интенсивных и экстенсивных технологиях
5.2.1. Особенности трансформации физико-химических свойств почв 191
5.2.2. Характеристика агрогенной динамики гумусного состояния и пищевого режима черноземов 193
5.2.3. Агрогенная динамика биологической активности почв при различных системах удобрений 195
5.3. Влияние мелиоративных мероприятий на агроэкологическое состояние черноземов 219
5.3.1. Гидромелиоративная трансформация черноземов ЦЧР 219
5.3.2. Характер агрогенной динамики черноземов при лесомелиоративном воздействии 227
5.4. Разновременная динамика черноземов ЦЧР в контрастных режимах землепользования 231
6. Техногенная трансформация свойств и режимов функционирования черноземов 235
6.1. Особенности техногенного загрязнения черноземов центра Русской равнины 235
6.2. Техногенные изменения физико-химических, химических и биологических свойств черноземов в условиях городских экосистем 237
6.3. Техногенное изменение физико-химических, химических и биологических свойств почв под влиянием автотранспорта 265
6.4. Функционально-экологическая оценка техногенных изменений черноземов ЦЧР 276
7. Информационно-методическое обеспечение разноуровневых систем экологического мониторинга функционального качества черноземов центра Русской равнины 280
7.1. Концептуальная структура экологического мониторинга почв в условиях ЦЧР 280
7.2. Основные параметры мониторинга в условиях ЦЧР 281
7.3. Методические вопросы организации экологического мониторинга черноземов 286
7.4. Задачи и перспективы поисково-нормативного прогноза агро-экологического состояния черноземов ЦЧР 293
Выводы 295
Список литературы
- Трансформация почв в условиях техногенеза
- Морфологическая и функционально-экологическая характеристика объектов исследования
- Агрогенная динамика агрохимических показателей
- Биологическая активность черноземов в условиях различной агротехники
Введение к работе
Основной задачей современной науки является расширение представлений о функционировании и эволюции биосферы, приобретающих особое значение в условиях постоянно усиливающегося антропогенного прессинга. Почвы, являясь важнейшим компонентом биосферы, находятся в неразрывной связи с геолого-геоморфологическими, климатическими и биологическими факторами. Именно почвы чутко реагируют на изменения в растительном покрове, гидрологическом режиме, на развитие элементарных геологических процессов и, особенно, на антропогенные воздействия. Сохранение почвенного покрова, в свою очередь, позволяет сохранить водные ресурсы, чистоту атмосферного воздуха, разнообразие растительного и животного мира и, в целом, биосферу Земли.
По сравнению с другими типами почв черноземы характеризуются идеальной сбалансированностью всех факторов почвообразования и являются почвенным эталоном. Однако, несмотря на природное совершенство, черноземы неизбежно эволюционируют под воздействием естественных и, особенно, антропогенных факторов. Анализ экологического состояния черноземов за последние сто лет выявил резко выраженный деградационныи тренд их современной эволюции. При этом отмечается качественное и количественное расширение набора факторов и процессов, лимитирующих их естественное развитие. Если к началу двадцатого века этот набор включал в себя величину сезонного и внутрисезонного дефицита влаги, быстрое истощение запасов доступных питательных веществ, водную и ветровую эрозии, то в настоящее время к ним добавились усиление некомпенсированной минерализации органического вещества, декальцинирование и подкисление, фитопатогенное почвоутомление, переуплотнение, биологическое обеднение, снижение их буферности к импактным нагрузкам, химическое, биологическое и радиационное загрязнение. Современное состояние черноземов Центра Русской равнины характеризуется ежегодными потерями органического вещества в пахотном слое до 1 тонны на га. Более 60% сельхозугодий подвержено эрозии,
расширяется ареал переувлажненных почв, увеличиваются площади техногенно нарушенных земель. Проблема устойчивости-изменчивости черноземов напрямую связана с относительно новой проблемой экологического нормирования. При решении проблемы нормирования необходимо знать свойства, функции и динамику почв. Поскольку различные экосистемы обладают различной «емкостью устойчивости» в отношении антропогенных нагрузок и в связи с разнообразием почвенно-климатических условий, экологические нормативы должны быть дифференцированы для различных природных зон.
Особое значение приобретает разработка целостной концепции диагностики и оценки антропогенной динамики экологического состояния черноземов ЦЧР не только по показателям физико-химических, физических и агрохимических свойств; по принятым нормативам содержания поллютантов, но и биологическим свойствам почв, являющимися более динамичными и позволяющими проводить раннюю диагностику любых изменений окружающей среды. Наиболее весомый вклад в суммарные показатели биологической активности вносят микроорганизмы и ферменты, выступающие в качестве редуцентов органических остатков, техногенных загрязнителей и участвующие в выполнении одной из важнейших функций почвы — превращении вещества и энергии, как в естественных, так и в ненарушенных деятельность человека экосистемах. Работа ферментов определяет доступность элементов питания, гумусное состояние, азотный, фосфорный, серный режим, а также способность почвы к детоксикации различных поллютантов. Биодиагностика загрязнения почв, основанная на определении ферментативной активности представляет большой интерес, так как этот метод достаточно точный, нетрудоемкий и позволяет выявлять загрязнения на самых ранних стадиях.
Целью данной работы было изучить характер и особенности многолетней динамики состава и свойств черноземов Центрально-Черноземного региона (ЦЧР) в условиях длительного сельскохозяйственного использования и тех-
ногенного воздействия и выявить характерные особенности их биодиагностики.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
Разработка методологических основ и нормативной базы количественной оценки экологического состояния антропогенно измененных черноземов в условиях ЦЧР.
Анализ количественных закономерностей агрогенной динамики экологического состояния черноземов в зональном аспекте и при контрастном изменении режимов землепользования.
Функционально-экологическая оценка основных вариантов техногенной трансформации почв в ареалах интенсивного загрязнения нефтепродуктами и тяжелыми металлами.
Оценка биодиагностической значимости показателей общей биологической активности черноземов (ферментативная активность, эмиссия СОг и др.) и разработка универсального биоиндикационного подхода диагностики свойств черноземов, подверженных различным формам антропогенной деградации.
Разработка структуры экологического мониторинга черноземов центра Русской равнины.
Научная новизна
Представлены новые методологические и теоретические подходы к изучению антропогенной динамики черноземов ЦЧР.
Дана оценка временной динамики свойств черноземов в генетически сопряженных и агрогенных рядах.
Предложен универсальный метод биологической диагностики антропогенной деградации черноземов региона по интегральному показателю биологического состояния (ИПБС), адаптированному к условиям конкретного типа ландшафта и доминирующего фактора антропогенной нагрузки на почвы.
Разработана концепция экологического мониторинга черноземов центра Русской равнины. Создана база данных для информационно-методического обеспечения систем экологического мониторинга черноземов ЦЧР. Выявлены тест-системы биологической диагностики экологического состояния черноземов для количественной оценки основных процессов их деградации.
Разработана структура региональной системы мониторинга черноземов ЦЧР.
Защищаемые положения
В контрастных режимах землепользования характер и направленность динамики состава и свойств черноземов под влиянием сельскохозяйственного использования различны. Установлены количественные аттракторы их деградации.
Универсальным методом биологической диагностики антропогенной деградации черноземов ЦЧР является районированный интегральный показатель биологического состояния почв (РИБПС), адаптированный к условиям конкретного типа ландшафта и доминирующему фактору антропогенной нагрузки на почвы.
Основой экологического мониторинга функционального качества черноземов ЦЧР являются геоинформационные системы, включающие картографическую и семантическую базу данных не только по составу и свойствам черноземов, но и показателям интенсивности и направленности биохимических процессов.
Практическая значимость и реализация результатов Характер и направление динамики черноземов ЦЧР, раскрытые в работе, являются основой для мониторинга и долгосрочного прогнозирования состояния этих почв и разработки комплекса мероприятий по их рациональному использованию и охране.
Предложенная структура экологического мониторинга черноземов ЦЧР и система оценки их функционального качества позволяет оперативно полу-
чать и обрабатывать интегральную информацию о состоянии почвенного покрова, выявлять лимитирующие факторы, проводить экологическое нормирование - устанавливать величины допустимых антропогенных нагрузок на черноземы с учетом зонально-провинциальных особенностей почв. На основе результатов исследований разработаны и внедрены: «Методическое пособие по оценке степени загрязнения почв г. Воронежа», «Методическое пособие по биорекультивации нефтезагрязненных почв», «Экологические индикаторы устойчивого развития Воронежской области».
Материалы исследований используются при разработке природоохранной документации предприятий Воронежской области, в разработке нормативно-методических документов Управления охраны окружающей среды г. Воронежа, Управления по технологическому и экологическому надзору Ростех-надзора по Воронежской области. Разработанная технология рекультивации нефтезагрязненных почв нашла применение на предприятиях обслуживания автомагистрали «Дон-1». Полученные результаты применяются при чтении лекционных курсов по дисциплинам: «Агрохимия», «Экологические функции почв», «Почвенно-экологический мониторинг», «Общая экология», при выполнении курсовых и дипломных работ в Воронежском госуниверситете и в Воронежском филиале Академии Госслужбы при президенте РФ.
Трансформация почв в условиях техногенеза
Интенсивная эксплуатация плодородия черноземов в течении трех веков и особенно в 60-90 г.г. прошлого века без сопутствующих компенсационных мероприятий привела к их сильной антропогенной деградации (Адерихин, 1964; Медведев, 1988; Ахтырцев, 1996; Антропогенная эволюция черноземов, 2000; Щеглов, 1999; Васенев, Щербаков, 2004; Крупенников, 2003; Муха В.Д., 2003, 2004; Муха Д.В., 2004).
Сельское хозяйство уже в самом начале своего развития стало фактором возникновения локальных экологических кризисов. Скотоводство в неолите стало причиной возникновения пустыни Сахара. Рост народонаселения планеты и усиление влияния хозяйственной деятельности человека на окружающую среду поставили биосферу на грань экологического кризиса. Как признание бесперспективности продолжения антропоцентрической стратегии природопользования сформировались представления об устойчивом развитии мирового сообщества, т.е. таком развитии, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу возможность будущих поколений удовлетворять свои потребности и включает, запрет на деградацию условий окружающей среды (Браун, 2000; Моисеев, 1996; Урсул, Лось, 1994; Дрейер, Лось, 1997; Розенберг и др., 1998; 1999; Флавии, 1998).
Один из центральных элементов концепции общества устойчивого развития - продовольственная безопасность (Brown, 1994; 1995; 1996; 1997; Зво-линский, 1998; Миркин, Хазиахметов, 2000; Моисеев и др., 1996; Пилиев, 1996; Борисенко, 1997 а,б; Попов, 1997; Назаренко, 1998; Бурдуков, 1998; Гордеев, 1998; Жученко, 1998; Мичлаков, 1998; Петриков, 1998; Савченко, 1998; Харитонов, Радугин, 1998; Чернышев, 1998; Милащенко и др., 2000; Хазиахметов, 1996), которая подразумевает обеспечение населения планеты достаточным количеством продуктов питания при сохранении агроресурсов, т.е. при обеспечении аналогичной возможности быть сытыми для поколений потомков.
Решение проблемы обеспечения продовольственной безопасности возможно за счет экологически чистого (органического, биодинамического и т.д.) сельского хозяйства. (Шапкин и др., 1990; Лоранд, 1991; Кульбида, Бородань, 1994; Земледелатель, 1991, 1992; Степанов, Селиванова, 1993; Taylor, 1990; Stoll, 1992; Agroecology..., 1990; Mackay, Watson, 1990; Dahlberg, 1991; Stoll, 1991; Kasanicka, 1992; Chmiola, 1992; Flora, 1994; Karsen, 1993; Lock-eretz, 1994).
Такой подход привел к смене приоритетов в сельскохозяйственной науке, во многих странах возрос интерес к экологизации сельского хозяйства (Миркин, Хазиев, 1999; Васюков, Саранин, 1995; Wijnands, 1990; Girardin, Spierts, 1993; Normann-Schmidt, 1993; Robaige, Benforado, 1992; Trenbath, Conway, Craig, 1990; Reeve, 1993). Стали разрабатываться альтернативные интенсивным системы земледелия, в которых особое внимание уделяется энергосберегающим технологиям в сельском хозяйстве. Для этого различные агроприемы должны быть биологическими (внесение навоза, высев сйдера-тов, повышение роли севооборотов), а не осуществляться с помощью химических препаратов или путем интенсивной механизации (Glissman, 1987; Dahlberg, 1991; Bromley et al., 1992; Chmiola, Eberle, 1992; Karlen et al., 1993; Lockeretz, 1994; Gianfreda, 1995).
Агроэкология разрабатывает принципы адаптивного подхода (Каштанов, 1992, 1993; Кирюшин, 1993, 1996; Жученко, 1998), экологического императива и концепцию сестаининга, т.е. самоподдержания агроэкосистем, которые реализуются при экологически-ориентированном управлении агроэко-системой (АгрЭС) и агроценозами (Миркин, Хазиев, 1993; Щербаков, 1999; «Агроэкология», 2000; Зыбалов, Миркин, 2002).
В настоящее время концепция управления АгрЭС развивается по-преимуществу, как адаптивно-ландшафтная система земледелия (Лопырев и др., 1990; Котлярова, 1995; Кирюшин, 1993, 1996, 2000 и др.; Каштанов, 2000 и др.). В то же время, вопросы сохранения экологических функций почв особенно важны для России, сельское хозяйство которой долгие годы развивалось командно-плановыми методами без учета природных условий и последствий антиэкологичного природопользования. Как итог, оно (как и сельское хозяйство всего СССР) было самым энергоемким (по удельным затратам на конечный продукт) и природоразрушительным (Жученко, 1998; Кирюшин, 1993, 1996, 2000; Каштанов, 1993, 2000; Щербаков, Васенев, 1996).
Морфологическая и функционально-экологическая характеристика объектов исследования
Структурный состав целинных черноземов характеризуется содержанием агрономически ценных фракций (до 90%). Общая пористость в слое 0-10 см колеблется в пределах 56-64%. Среди минералов всех подтипов черноземов доминирует кварц, полевые шпаты, монтмориллонит, гидрослюды (Адерихин и др., 1973, Протасова, Беляев, 2004). Содержание гумуса в целинных черноземах высокое и очень высокое, среди пахотных черноземов преобладают среднегумус-ные.
Профильное распределение гумуса в черноземах характеризуется равномерно-аккумулятивным типом, однако, каждый подтип имеет свои особенности (Щеглов, 1999).
Черноземы ЦЧР характеризуются высокой емкостью катионного обмена, достигающей в гумусовых горизонтах целинных черноземов 47 мг-экв/100г. Степень насыщенности основаниями, в среднем, составляет 90%, увеличиваясь вниз по профилю до 100%. Доля кальция составляет от 75 до 80%, магния - в среднем 15%.
Для пахотных черноземов характерно изменение всех морфогенетических свойств и признаков: в структурно-агрегатном составе уменьшается количество зернистых агрегатов, снижается их водопрочность, водный режим сдвигается в О л. гумидную сторону, уменьшается емкость катионного обмена, количество Са и Mg +, происходит сглаживание профильной дифференциации содержания и состава гумуса. Изучение роли техногенного фактора в трансформации почв ЦЧР проводили на территории г. Воронежа и в зоне влияния автомагистрали «Дон».
Воронеж - крупнейший промышленный центр Центрального Черноземья занимает площадь 600 км , население около млн. человек. Он расположен на юго-восточной окраине Среднерусской возвышенности в бассейне Среднего Дона. Город вытянут с севера на юг более чем на 20 км, а с запада на восток — на 10 км. В меридиональном направлении территорию города пересекает долина реки Воронеж, расширяющаяся в черте города в пределах акватории созданного в 1972 г. Воронежского водохранилища. Правобережная часть города представляет собой высокое холмистое суглинистое плато с абсолютными отметками высот от 100 до 160 м и перепадом относительных высот около 35 м. Левобережная часть - пониженная выровненная поверхность надпойменной террасы, возвышающаяся над урезом водохранилища на 15-25 м, преимущественно песчаного гранулометрического состава (Мильков, 1994).
В зональном отношении Воронеж и Подворонежье — это типичная лесостепь с преобладанием на водоразделах типичных и выщелоченных черноземов, которые в девственном состоянии были покрыты разнотравно-луговым степным травостоем (Воронежские дали, 1981). Междуречье Дона и Воронежа характеризуется неоднородностью почвообразующих пород — это супеси, различные суглинки, подстилаемые супесями с прослоями песка. На них формировались черноземы супесчаного, легкосуглинистого, реже — среднесуглинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава. За более чем 400-летнюю историю города в результате строительных работ с перемещением грунта, переуплотнения, загрязнения бытовыми, строительными и транспортными отходами сформировались урбаноземы. Отличительными чертами урбаноземов являются: на рушенность или отсутствие генетических горизонтов, сдвиг рН в кислую или щелочную сторону, повышенная плотность, наличие включений строительно-бытового мусора, присутствие слоя антропогенных отложений различной мощности, наличие загрязняющих веществ и патогенной микрофлоры. Ненарушенные почвы в городе сохранились только на территориях старых городских парков, которые существуют еще с середины прошлого столетия: Первомайский сквер, Петровский сквер, Брикмановский сад и других, а также на территории лесного фонда и земель, используемых в сельскохозяйственном производстве.
Б.П. Ахтырцев все городские земли подразделяет на две категории: первая включает земли с функционирующим почвенным покровом, обладающим биологической продуктивностью и находящимся в незастроенной части города, а вторая - общий техногенный покров, представляющий собой отчужденную часть почвенного покрова, занятую домами и разными техническими объектами.
Все разнообразие почв города мы условно подразделили на шесть категорий: 1. Естественная (ненарушенная) почва. 2. Погребенная почва. 3. Почва с укороченным профилем, в т.ч. эродированная. 4. Почва, разрушенная землеройными механизмами (перемешанная). 5. Насыпная почва. 6. Обнаженная порода.
К первой категории мы относим почву, в профиле которой полностью сохранились все генетические горизонты без видимых нарушений сложения.
К погребенным почвам мы относим те, которые хотя и сохранили естественное сложение горизонтов, но сверху оказались засыпанными слоем песка, щебня, обломками стройматериалов, металлоломом и т.п. Верхний слой, как правило, уплотнен (индустриоземы).
Агрогенная динамика агрохимических показателей
Агрохимические показатели черноземов ЦЧР изучены достаточно детально. Начиная с двадцатых годов прошлого столетия было опубликовано большое количество работ, посвященных проблемам, связанным с агрохимическим состоянием черноземов (Тумин, 1920; 1930; Адерихин, Тихова, 1963; Адерихин, Щербаков, 1974; Щербаков, Рудай, 1983; Девятова, Мязин, 1994; Акулов, 1992; Агроэко-логическое состояние..., 1996; Девятова, 2003).
Содержание гумуса - наиболее важный показатель плодородия и экологического состояния черноземов. При его интенсивной минерализации пахотные черноземы приобретают черты выпаханности. Большинство исследователей отмечают активное развитие процесса дегумификации при распашке черноземов и их дальнейшем использовании в сельском хозяйстве (Афанасьева, 1964; Адерихин, 1964; Щербаков, Шепелева, 1983; Акулов, 1992; Щеглов, 1996; Агроэкологиче-ское состояние..., 1996; Ахтырцев, 2000).
Использование черноземов в пашне сопровождается их дегумификацией. Достоверным показателем, отражающим уровень развития деградационных процессов в этих почвах, является профильное распределение органического вещества (рис. 9).
В черноземах пашни по сравнению с целинными аналогами уменьшается градиент падения гумуса, изменяется форма кривой профильного распределения гумуса и возрастает интенсивность его внутрипрофильного перераспределения (Щеглов, 1999). Общим для взятых в анализ различных вариантов черноземов является сравнительно высокий уровень их суммарной и текущей дегуми-фикации. За последнее столетие в различных подтипах черноземов было минерализовано от 20 до 40% исходных запасов гумуса. Анализ «эталонных» объектов и массовых данных выявил потери гумуса за последние 30-40 лет от 2,0 до 2,5%. Исследования морфогенетических профилей показывают активные процессы элювиально-иллювиального перераспределения почвенного органического вещества. Отрицательный баланс гумуса на территории региона составляет около 0,6-0,8 т га в год. Снижение содержания гумуса ниже дифференцированных для регионов пороговых значений значительно снижает эффективность применяемых удобрений и возможность стабильного получения хороших урожаев.
Для оценки изменений гумусного состояния черноземов Воронежской и Тамбовской областей нами проведены сопоставления фондовых и современных данных содержания гумуса в почвах названных объектов. Сопоставление показывает снижение содержания гумуса в черноземах Тамбовской и Воронежской областей примерно на одну градацию из принятых в картосхемах В.В. Докучаева (рис. 10а, 106, 11, 12, 13а, 136). Наибольшие изменения произошли на юге Тамбовской области и севере, северо-востоке Воронежской области. Минимальные различия выявились в небольших пятнах оподзоленных черноземов, так как эти почвы отличались пониженным содержанием гумуса в старопахотных почвах еще в конце 19 столетия. В черноземах выщелоченных и типичных средней полосы Воронежской области потери гумуса в среднем составили 1,5-2,0%. Основной причиной этого является сильно выраженная эрозия почв, которой способствует широкое распространение облегченных почвообразующих пород и мел-мергелистых подстилающих.
На юге Воронежской области преобладают черноземы со средним и повышенным содержанием гумуса, что соответствует градации, указанной на картосхеме 1983 года, тоесть на данной территории содержание гумуса в почвах за 20 лет не снизилось.
Особое внимание привлекает широкая полоса черноземов высокой гумуси-рованности, которая занимает южную часть Тамбовской области и северную часть Воронежской. Среднее содержание в них гумуса значительно отличается от значений, указанных на картосхеме 1883 года. Вероятные изменения содержания гумуса за 100 лет оцениваются в 2-3%. Это объясняется как исходно очень высоким содержанием гумуса в них, так и временным совпадением периода первичного обследования В.В. Докучаева с началом их интенсивной распашки.
Таким образом, сравнительный хронологический анализ содержания гумуса позволил уточнить основную тенденцию в его изменении: деградационныи тренд преобладает в пахотных черноземах тяжелого гранулометрического состава. Супесчаные черноземы западных и юго-западных районов Воронежской области имеют длительный период распашки, поэтому уже столетие назад они были сильно дегумифицированы.
Качественный состав гумуса характеризуется преобладанием гуминовых кислот, углерод которых составляет 40-60% от общего углерода (табл. 6). Наибольшая доля в составе гуминовых кислот приходится на фракцию, связанную с кальцием, составляющую более 60% от суммы гуминовых кислот.
Бурые гуминовые кислоты составляют 7-25% от суммы гуминовых кислот. Гуминовые кислоты, связанные с устойчивыми полуторными оксидами, содержатся в незначительных количествах.
Количество фульвокислот невелико. На долю негидролизуемого остатка приходится третья часть общего гумуса.
Распашка черноземов приводит не только к их дегумификации, но к изменениям фракционно-группового состава гумуса, которые проявляются в следующем: в черноземах лесостепных подтипов увеличивается относительное содержание гуминовых кислот и гуматов кальция, снижается содержание фульвокислот, особенно 1 и 2 фракций (табл. 6).
Биологическая активность черноземов в условиях различной агротехники
Обобщение и анализ массовых и локальных данных по изменению физико-химических свойств черноземов позволили сделать вывод о том, что при вовлечении почв в сельскохозяйственное использование происходит трансформация показателей состояния почвенного поглощающего комплекса. По данным В.В. Медведева с соавторами (1983), длительно распахиваемые черноземы теряют некоторое количество катионов кальция и магния. Снижение степени насыщенности основаниями характерно для черноземов ЦЧО, Поволжья, Украины.
Проведенные нами исследования на черноземах Каменной степи под различными угодьями обнаружили значительные различия между целиной и пашней (табл. 16) В пахотном горизонте снижается сумма поглощенных оснований по сравнению с верхним горизонтом целины, в среднем, на 6 мг-экв на 100г почвы. Значительно снижена доля кальция от состава обменных оснований.
В целом, поглощающий комплекс луговато-черноземных почв насыщен кальцием и магнием. Сумма обменных катионов в почве на залежи некосимой в верхнем слое 0-10 см равна 53,6 мг-экв/100 г почвы. В составе обменных катионов лугово-чернозёмных почв преобладает кальций. Его максимальное содержание наблюдается в некосимой залежи и составляет 45,0 мг-экв/100 г почвы в слое 0-10 см. Меньшим содержанием иона кальция характеризуется почва лесополосы №40, здесь его величина в самом верхнем горизонте составляет 42,3 мг-экв/100 г почвы. Далее по убыванию содержания ионов кальция следует косимая залежь (42,1 мг-экв/100 г почвы), затем разновозрастная пашня в которой содержание кальция в слое 0-10 см варьирует от 41,9 (пашня 10 лет) - 40,2 ( пашня 40 лет) до 37,4 мг-экв/100 г почвы в пашне 100 лет. Это можно объяснить существенным снижением гумуса в пахотных почвах и как следствие, уменьшается количество ионов кальция.
Иная картина наблюдается в содержании обменного магния. Максимальная его величина отмечается на косимой залежи и составляет 8,8 мг-экв/100 г почвы. Пашня же характеризуется пониженным содержанием магния по сравнению с другими изучаемыми почвами. Минимальное его значение отмечается в пашне 100 лет и составляет 7,4 мг-экв/100г почвы в слое 0-10 см.
Величина гидролитической кислотности даёт представление об общем содержании в почве поглощённых ионов водорода, что служит показателем насыщенности почв основаниями. Следствием того, что гидролитическая кислотность включает менее подвижную часть ионов водорода, она при отсутствии обменной кислотности не вредна для растений. Знание её величины очень важно при решении ряда практических вопросов (применение удобрений, известкование и др.)
В луговато-чернозёмной почве залежи некосимой величина гидролитической кислотности равна 1,8 мг-экв/100 г почвы в слое 0-10 см, на пашне наблюдается уменьшение величины Нг с 1,1 (пашня 10 лет) до 0,6 мг-экв/100 г почвы на пашне 100 лет в слое 0-10 см. Самыми высокими значениями гидролитической кислотности характеризуется луговато-чернозёмная выщелоченная почва под лесополосой, её величина в слое 0-10 см составляет 3,2мг-экв/100 г почвы. В профиле почв наблюдается довольно быстрое уменьшение величины гидролитической кислотности с глубиной.
Степень насыщенности почв основаниями самая высокая под пашнями 100 и 80 лет. Эти величины составляют 98,7и 98,4% соответственно. Вообще все пахотные почвы характеризуются довольно высокой степенью насыщенности основаниями. В среднем её величина в слое 0-10 см составляет 97%. В луговоато-чернозёмной почве лесополосы эта величина немного ниже и составляет 94% в самом верхнем горизонте. Это явление связано с высоким показателем Нг.
Минимальная величина рН водной суспензии отмечается в лесополосе и составляет 6,80. на залежи и почвах пашни до 60 лет реакция среды нейтральная, и. только в пашнях 80 и 100 лет наблюдается слабое подщелачива-ние до 7,10-7,34 соответственно, которое может быть связано с вовлечением в пахотный слой иллювиального горизонта. Вниз по профилю происходит постепенное подщелачивание почвенного раствора, что связано с близким залеганием карбонатов.
Уменьшение степени деградационных процессов черноземов возможно при мобилизации всех биоклиматических ресурсов и приемов земледелия. Среди этих средств севообороты и приемы обработки почвы являются наиболее доступными, длительно действующими, экологически чистыми и экономически эффективными.
Экологичность севооборотов можно оценить по следующим параметрам: доля почворазрушающих культур (яровые зерновые, пропашные), доля поч-вовосстанавливающих культур (многолетние и однолетние травы), доля чистых паров, доля сидератов (включая и сидеральные пары).
