Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Влияние сельскохозяйственного использования черноземов на их гумусное состояние 8
1.1. Состав и свойства гумуса в целинных черноземных почвах . 8
1.2. Изменение гумусного состояния черноземов при длительном сельскохозяйственном использовании 38
1.3. Влияние удобрений на гумусное состояние черноземов 47
1.4. Влияние орошения на гумусное состояние черноземов 58
Глава II. Объекты и методы исследований 67
2.1. Методы исследования 68
2.2. Объекты исследования 71'
2.2.1. Гранулометрический состав 72
2.2.2. Физико-химические свойства 74
2.2.3. Агрохимические свойства 76
Глава III. Содержание и запасы гумуса и азота в выщелоченном черноземе при длительном применении разных систем удобрения
3.1. Содержание и запасы гумуса 78
3.2. Содержание и запасы азота 87
Выводы 98
Глава IV. Групповой и фракционный состав гумуса выщелоченного чернозема при длительном применении различных систем удобрения
Гуминовые кислоты 111
Фульвокислоты 129
Выводы 138
Глава V. Лабильные формы гумусовых веществ 145
5.1. Лабильные гумусовые вещества, вытесняемые 0,1 NaOH 145
5.2. Подвижность органического вещества выщелоченного чернозема, определяемая при применении хемодеструкционного фракционирования 161
Выводы 201
Глава VI. Состав и свойства гуминовых кислот выщелоченного чернозема при длительном применении разных систем удобрения
6.1. Элементный состав 208
Теплота сгорания гуминовых кислот 217
Бензоидность гуминовых кислот 224
6.2. Функциональные группы гуминовых кислот 230
6.3. Инфракрасные спектры гуминовых кислот. 237
6.4. О составе зольной части гуминовых кислот выщелоченного 254
чернозема при длительном применении удобрений и дефеката
Выводы 264
Общие Выводы 269
Список литературы
- Изменение гумусного состояния черноземов при длительном сельскохозяйственном использовании
- Гранулометрический состав
- Содержание и запасы азота
- Подвижность органического вещества выщелоченного чернозема, определяемая при применении хемодеструкционного фракционирования
Введение к работе
Актуальность темы. Русский чернозем, черноземная зона России, их значение для развития отечественного естествознания и сельского хозяйства страны трудно переоценить. Начиная с 19 века, они прочно вошли в число природно-хозяйственных феноменов, привлекающих самое пристальное внимание всего общества. Являясь естественной основой сельского хозяйства России, они во многом определяют динамику ее экономического развития, социального благосостояния и здоровья населения. (Щербаков, Васенев, 2000).
Одним из важнейших неблагоприятных изменений в черноземах, вызванных земледелием, является утрата запасов органического вещества, в частности гумуса. Опасность потери черноземами гумуса отмечалась еще В.В. Докучаевым и П.А. Костычевым. Ныне это стало острой проблемой. В последние 75-100 лет резко уменьшилось как суммарное содержание гумуса в черноземах, так и мощность гумусовых горизонтов. Это связано с усиленной минерализацией гумуса и сокращением поступления органических веществ в пахотные почвы.
Как отмечают В.А. Ковда (1973) Н.Ф. Ганжара (1974) и другие исследователи, для сохранения высокого плодородия черноземов и положительного баланса гумуса в них требуется регулярное, ежегодное поступление органического вещества.
Замедление потерь гумуса и повышение его содержания в пахотных черноземах может быть достигнуто путем применения комплекса мероприятий, включающих обеспечение поступления органических веществ (внесение органических удобрений), посев многолетних трав, оставление более высокой стерни зерновых культур, внесение минеральных удобрений, минимализация обработок, создание оптимальных соотношений культур в севооборотах для пополнения почвы органическими веществами и усиления процесса
5 гумификации, применение мелиорантов, вызывающих закрепление гумуса на поверхности минеральной части почвы. (Чесняк, Гаврилюк, Крупеников, Лактионов, Шилихина, 1983).
К настоящему времени выявлены потери гумуса по зонам страны. Современное земледелие Центрально-Черноземной зоны базируется на черноземах с низким содержанием гумуса. В этой связи вызывает интерес влияние длительного применения различных систем удобрения и мелиорантов на гумусное состояние черноземных почв. Именно изучение гумусного состояния почв в длительных стационарных опытах позволит более точно определить влияние той или иной системы удобрения на содержание и запасы гумуса, формирование его фракционно-группового состава и лабильных соединений.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы было изучение
гумусного состояния выщелоченного чернозема Центрально-Черноземной зоны
Российской Федерации при длительном применении различных систем
удобрения. :
В связи с этим основными задачами работы были:
1. Изучение содержания и запасов гумуса и азота в выщелоченном
черноземе при длительном применении удобрений и мелиоранта.
Исследование группового и фракционного состава гумуса.
Определение лабильных соединений гумусовых веществ.
Изучение состава и свойств гуминовых кислот, как основной наиболее стабильной части гумуса черноземов.
Научная новизна и практическая ценность. В работе установлено, что применение минеральных удобрений на фоне навоза, особенно высокими дозами, приводит к дальнейшему уменьшению содержания гумуса в сравнении с другими вариантами опыта. Доля гуминовых кислот в наименьших количествах характеризует почвы контрольного и фонового вариантов. Наиболее же высокое относительное количество ГК аккумулируется в почвах вариантов, в которых испытывался дефекат совместно с минеральными
удобрениями. Минимальное количество ФК (22,7-22,9%) характерно для почвы варианта «дефекат + N6oP6oK6o»- Минеральные удобрения на фоне навоза способствовали увеличению доли ФК в составе гумуса до 26-29%. Длительное применение дефеката способствует поддержанию гуматного типа гумуса, в то время как использование совместно органических и минеральных удобрений, наоборот, определило формирование фульватно-гуматного типа гумуса. Основная масса ГК представлена второй фракцией (гуматы Са). Применение органо-минеральных систем снижает долю ГК-2 до 27,7-32,2%. Наоборот, использование дефеката совместно с минеральными и органическими удобрениями привело к увеличению количества гуматов Єа« до 43-50,3%. Выявлена отчетливая разница действия систем удобрения на выход лабильных соединений гумусовых веществ. Изучен элементный состав гуминовых кислот. Определено количество кислых функциональных групп. Установлено, что молекулы гуминовых кислот, обладая высоким содержанием углерода, характеризуются высокой долей бензоидных структур, особенно в почвах фонового варианта и варианта, в которых испытывался дефекат. Применение высоких доз минеральных удобрений на фоне навоза приводило к снижению количества бензоидных структур в молекулах ГК. Высокое количество карбоксильных функциональных групп и бензоидных фрагментов подтвердилось при исследовании инфракрасных спектров гуминовых кислот.
Поскольку применение дефеката как известьсодержащего мелиоранта способствовало улучшению многих сторон гумусного состояния выщелоченного чернозема, то его необходимо рекомендовать для внесения.
Апробация работы и, публикации. Результаты работы были доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета в 2005 , 2006 и 2007 годах; на Международной научной конференции во Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии им. Д.Н. Прянишникова 13-14 апреля 2005 г.; на IX Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения «Почвы России. Проблемы и
7 решения» в Санкт-Петербургском государственном университете 1-3 марта 2006 года; на X юбилейных докучаевских молодежных чтениях «Почвы и техногенез» в СПбГУ 1-3 марта 2007 года; на Всероссийской научной конференции, посвященной 100-летию кафедры почвоведения им. Л.Н. Александровой СПбГАУ в 2006 году. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе три работы в издании, рекомендованном ВАК.
Объем работы. Диссертация состоит их введения, шести глав, общих выводов и списка литературы из 312 наименований. Содержание изложено на 308 страницах, выключает 40 таблиц, в том числе 4 таблицы в приложении, 51 рисунок в том числе 7 в приложении.
Работа выполнена на кафедре почвоведения им. Л.Н. Александровой Санкт-Петербургского государственного аграрного университета под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора И.Н. Донских и научных консультантов доктора сельскохозяйственных наук профессора Н.Г. Мязина и кандидата сельскохозяйственных наук, доцента К.Е. Стекольникова, которым автор приносит сердечную благодарность. Автор таюке благодарит старшего научного сотрудника ЦЭБ Бакину Людмилу Георгиевну за помощь, оказанную в овладении методик по изучению органического вещества почв. Автор также благодарит сотрудников кафедры почвоведения им. Л.Н. Александровой СПбГАУ за содействие в проведении аналитических работ и оформлении диссертации.
Изменение гумусного состояния черноземов при длительном сельскохозяйственном использовании
На современном этапе использования черноземов в сельскохозяйственном производстве особая роль отводится гумусу, так как он играет первостепенную роль в формировании многих свойств и режимов этой почвы. К настоящему времени установлено, что длительное экстенсивное использование черноземов приводит к значительному снижению содержания гумуса в этих почвах (Кононова, 1951; Гаврилюк, 1955; Адерихин, Тихова, 1957; Гринченко и др., 1965, 1970; Афанасьева, 1966; Крупеников, 1969; Ковда, 1973; Чесняк, 1973, 1985, Ройченко и др., 1981; Ахтырцев, Соловиченко, 1984; Крупкин, 1991; Русанов, 1993; Щербаков, Васенев, 1994; Безуглова и др., 1995; Титлянова, Наумов, 1995; Аркуша, Буджеран, 1998; Зезюков и др., 2000; Орел, Зезюков и др., 2000; Надежкин, 2000; Нагабедтян, Новогренко, 2000; и др.).
Резкое снижение количества гумуса после распашки целины происходит лишь в пахотном слое. С увеличением периода использования пашни уменьшение запасов гумуса наблюдается во всем профиле, но темпы потерь снижаются. В старопахотных черноземах ( 100 - летние пашни) изменение содержания гумуса определяется уровнем интенсификации земледелия: структурой посевных площадей, соотношением в севооборотах пропашных и культур сплошного сева, удельным весом многолетних трав, уровнем применения органических и минеральных удобрений (Чесняк, Гаврилюк и др., 1983). В условиях ЦЧО современное состояние черноземов характеризуется высоким уровнем дегумификации. За последние 100 лет в различных вариантах землепользования было минерализовано от 20 до 40% исходных запасов гумуса черноземов. На карте, составленной В.В. Докучаевым в 1879 году, преобладали черноземы с содержанием гумуса от 7 до 10% и в меньшей степени - от 10 до 13% (Окско-Донская равнина) и от 4 до 7% (западные и южные районы зоны). В настоящее время преобладают почвы с содержанием гумуса 4-7%, а полоса черноземов с содержанием гумуса от 10 до 13% вообще отсутствует. Потери черноземами гумуса обусловлены процессами эрозии (25 50%), недостаточным внесением органических (1-3 т/га вместо необходимых 6-8 т/га) удобрений, малой долей бобовых культур в севообороте и, как следствие, интенсивной мобилизацией питательных веществ почвы на формирование урожая большинства сельскохозяйственных культур (Щербаков, 2000).
Особенно большое значение для баланса гумуса в черноземах типичных имеет насыщенность севооборота пропашными культурами. В севооборотах с 20% пропашных культур ежегодные потери гумуса из пахотного слоя составляют около 0,3 т/га. С увеличением насыщенности севооборотов пропашными культурами на 10% среднегодовые потери гумуса в пахотном слое рассматриваемого опыта увеличились на 0,2 т/га и в севооборотах с 40-50%) таких культур достигли 0,7-0,9 т/га. При использовании этих почв в зерносвекловичных севооборотах без применения удобрений потери гумуса наблюдаются не только в пахотном слое, но и глубже - до 70 см. При этом среднегодовые потери составляют 1,0-1,2 т/га (Чесняк, 1980).
В условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья (Надежкин, 2000) было установлено, что наибольшие потери гумуса (0,24% Сорг. в год) происходят в первые три года после распашки целины. К 10-30 годам они уменьшаются до 0,104-0,038%) в год. В последующем темпы потерь значительно снижаются и стабилизируются к 100-135 годам использования чернозема выщелоченного. За 100 лет экстенсивного использования черноземной почвы в пашне потери в верхнем (0-20см) слое почвы составили 22-24% от содержания гумуса на целине. За последний период наблюдения (35лет) содержание углерода органических соединений степи имеет тенденцию к возрастанию, а на пашне - к снижению. Это свидетельствует о том, что современный уровень использования уже давно освоенных черноземов лесостепного Поволжья характеризуется достижением нового равновесного состояния, для которого свойственен свой уровень устойчивости гумуса к минерализационным потерям.
Профильное распределение гумуса в недонасыщенных черноземах пашни характеризуется элювиально-иллювиальным типом, причем максимальных размеров процессы иллювирования достигают в оподзоленных черноземах. В выщелоченном черноземе темпы иллювирования значительно ниже, а" типичные черноземы характеризуются равномерно-аккумулятивным типом внутрипрофильного распределения органического углерода. СМ. Надежкин (2000) далее отмечает, что при вовлечении оподзоленных черноземов в сельскохозяйственный оборот наблюдаются максимальные потери- гумуса; в сравнении с другими подтипами чернозема.. В слое 90-140 см пахотных черноземов происходит некоторое увеличение гумусированности по сравнению с целинными; что свидетельствует об усилении элювиально-иллювиальной дифференциации гумусового профиля;
Обобщение большого числа литературных данных, проведенных E.G. Носко. с сотр. (1987) показало что в-, условиях Украины в пахотном слое, неудобренной пашни при разной структуре посевных площадей потери гумуса. составляют в черноземах типичных 0,3-1,35 т/га в год, обыкновенных- 0,3-0,8; южных - 0,2-0,6 т/га в год. В целом по Украине на: неудобряемых вариантах потери гумуса достигают 0,9 т/га, в том числе в лесостепи- 1,0 и степи - 0,8 т/га. При возделывании зерновых теряется ежегодно 0,5-0,6 т/га, озимых— 0,7; гороха и кукурузы — 1,0-1,1, сахарной свеклы и в черном пару— 1,5 т/га; за счет минерализации ежегодно теряется в земледелии Украины 18,1 млн. т гумуса и 23,7 млн. т/га за счет эрозии
В условиях Сибири также наблюдаются существенные потери гумуса; Так, по данным А.А. Титляновои и А.В. Наумова (1995) все пахотные почвы (кроме дерново-подзолистых) потеряли от 10 до 40% органического углерода. Наибольшие потери характерны для лугово-черноземных и луговых почв: В черноземах содержание гумуса снизилось на 36% за 35 лет с.х. использования.
O.G. Безуглова с сотр. (1995) отмечает, что в условиях Ростовской области в черноземных почвах уменьшение запасов гумуса происходит на фоне заметного уменьшения гумусированности пахотного слоя и при отсутствии или слабой выраженности уменьшения мощности горизонта А+В, что позволяет сделать предположение о преобладании явлений выпаханности и потерях гумуса прежде всего за счет этого явления. Особенно высокие потери гумуса характерны для районов с преобладанием в почвенном покрове южных черноземов. Наиболее интенсивно минерализация гумуса наблюдается в черноземах легкого гранулометрического состава. Так, за 100 лет в черноземе супесчаного гранулометрического состава содержание гумуса уменьшилось в различных районах зоны черноземов с 11,43 до 5,23%, и с 7,59 до 4,36% (Щербаков, Васенев, 1994).
Гранулометрический состав
Экологические условия черноземообразования в центре Русской равнины характеризуются закономерным изменением соотношения факторов почвообразования, особенно тепла и влаги, с северо-запада на юго-восток, что обусловливает полосное размещение в указанном направлении основных подтипов черноземов. Подзональная дифференциация почвенного покрова определяется изменением местных условий почвообразования, в частности микрорельефа и режима увлажнения. Современный почвообразовательный процесс в черноземах протекает на фоне мощной антропогенной нагрузки при относительно равномерной выраженности воздействия на подтиповом уровне ведущего фактора - растительности (Щеглов, Брехова, 2000).
Гранулометрический состав черноземов, не подверженных сельскохозяйственному использованию показывает, что преобладающими фракциями являются крупная пыль и ил, составляющих в сумме около 70% (Афанасьева, 1966).
Основные данные о распределении гранулометрических фракций в профиле выщелоченного чернозема (контрольный вариант) приведены в таблице 15.
Как видно из этой таблицы, исследуемая почва содержит значительное количество песчаных частиц. Так содержание среднего песка (1-0,25мм) по профилю изменяется от 10,47 в самом верхнем двадцатисантиметровом слое до 7,57% в горизонте 80-100см. Более высокое содержание в данной почве мелкопесчаных частиц. Доля их в почвенной массе колеблется в пределах 10,40-14,31%. Строгой закономерности их распределения по профилю выщелоченного чернозем не выявлено. В сумме количество песчаных частиц изменяется от,18,33 до 23,88% .
Второй наиболее важной фракцией в изучаемой почве является крупнопылеватая (0,05-0,01мм). Содержание данной фракции относительно низкое (23,33-25,55%)) в верхнем сорокасантиметровом слое и увеличивается в более глубоких горизонтах до 28,88-27,22%о. Эта фракция является наиболее представительной после илистой. Другие пылеватые фракции представлены меньшим количеством. Так, доля среднепылеватых частиц в составе почвенной массы изменяется по профилю от 5,55 до 8,33%. Более высокие показатели (7,77-8,33%) отмечаются в верхнем сорокасантиметровом слое, а в горизонтах 40-60 и 60-80 см существенно снижаются (5,55-6,66%). На глубине 80-100 см количество частиц размерностью 0,01-0,005 мм равно 1,11%. Более высоким показателем в составе почвенной массы характеризуется мелкопылеватая фракция (0,005-0,001 мм). Доля ее по почвенному профилю изменяется от 8,33 до 12,22%. Нужно заметить, что в пределах восьмидесятисантиметровой толщи количество ее изменяется незначительно -11,11- 12,22%о. Только в горизонте 80-100 см содержание мелкопылеватой фракции снижено до 8,33%. Самой представительной фракцией в составе изучаемого чернозема является илистая ( 0,001). Количество ее по профилю изменяется от 33,33 до 35,0%. Такое высокое содержание ила в составе физической глины является положительным признаком изучаемого выщелоченного чернозема, так как обуславливает высокую поглотительную способность по отношению к катионам, а также к гумусовым веществам. Важным показателем обеспеченности почв илом является относительная доля этой фракции в составе частиц, определяемых физическую глину (частицы 0,01мм). Относительная обеспеченность частицами 0,001 мм физической глины достаточно стабильная. Показатели ее более низкие в верхнем сорокасантиметровом слое (64,21-63,16%) и возрастают в более глубоких горизонтах до 66,33-68,14%. Таким образом, 2А частиц физической глины представлено илом.
Исследуемая почва является тяжелосуглинистой крупно-пылевато-иловатой. Физико-химические свойства
Чернозем при длительном экстенсивном и интенсивном использовании заметно изменяет свои физико-химические свойства: уменьшается емкость катионного обмена, содержание обменных катионов кальция и магния. Этот процесс интенсивно протекает в молодых пашнях, при использовании чернозема в режиме черного пара или под бессменными культурами и ослабевает на старопахотных угодьях или при внесении навоза, минеральных удобрений (в соотношении N:P:K как 1:2:1), кальцийсодержащих веществ, использовании в севооборотах значительной доли культур сплошного сева (Медведев, Адерихин, Гиврилок, Чесняк, 1983). Основные данные о реакции, составе обменных катионов представлены в таблице 16. Как видно из этой таблицы, исследуемая черноземная почва характеризуется в целом благоприятными физико-химическими свойствами.
Содержание и запасы азота
Биологический круговорот элементов питания растений в агроэкосистемах черноземов в современный период, усиливающийся интенсивным возделыванием сельскохозяйственных культур без травосеяния, без применения удобрений и без защиты от эрозии привели к истощению природного плодородия черноземов. В них уменьшились запасы гумуса, азота, фосфора, калия, микроэлементов (Быстрый, 1968; Гринченко и др; 1968; Ковда, 1983).
Уменьшение количества и запасов азота в почвах агроценозов происходит за счет выноса урожаем товарной продукции, под влиянием механических обработок, усиливающих разложение органического вещества, главного аккумулятора азота (Тюрин, 1956; Дьяконова, 1957; Егоров, Лыков, 1962; Щербаков, Рудой, 1983).
Для подержания бездефицитного баланса азота в настоящее время применяют системы удобрения с большой насыщенностью органическими удобрениями, производится травосеяние с использованием бобового компонента.
Данные о содержании азота в профиле выщелоченного чернозема в испытуемых вариантах представлены на рис. 6. Как видно из этого рисунка, наибольшим содержанием азота характеризуется профиль целинного выщелоченного чернозема. В этой почве максимальное (0,302%) содержание азота приурочено к самому верхнему двадцатисантиметровому слою. Достаточно высоким оно было также в слое 20-40 см - 0,245%. В следующих исследуемых горизонтах этой почвы количество азота постепенно снижается с 0,193% в горизонте 40-60 см до 0,127% в горизонте 80-100 см. Такая закономерность распределения азота в почве целинного участка является вполне благоприятной для чернозема. Совершенно по-другому происходит аккумуляция азота в профиле чернозема в испытуемых вариантах опыта.
В почве контрольного варианта содержание азота существенно ниже, чем в почве целинного участка. При этом обращает внимание факт снижения количества этого элемента не только в верхних горизонтах, но и по всему метровому профилю. Так, в горизонте 0-20 см содержание азота уменьшилось в сравнении с данными, характеризующими целинный чернозем, с 0,302 до 0,222%, в горизонте 20-40 см - с 0,245 до 0,214%. Существенно снизился уровень обеспеченности черноземной почвы азотом в почве контрольного варианта и в горизонте 40-60 см (с 0,193 до 0,146%). Можно считать, что процессы минерализации азотсодержащих органических веществ в почве контрольного варианта охватывают всю метровую толщу.
Применение органических удобрений в фоновом варианте существенного влияния на профильное распределение азота не оказало. Кривые содержания этого элемента в верхнем сорокасантиметровом слое располагаются очень близко к кривой содержания азота в данном слое почвы контрольного варианта.
Только в горизонте 40-60 см количество азота более высокое (0,160%), чем в этом же горизонте почвы контрольного варианта (0,146%).
Систематическое длительное применение минеральных удобрений по-разному влияло на распределение азота по почвенному профилю. Внесение минеральных удобрений в дозах М60РбоКбо оказало положительное влияние на содержание азота. Так, количество его в слое 0-20 см было примерно таким же (0,217%), как и в данном горизонте почв первых двух испытуемых вариантов. В то же время в слое 20-40 см содержание N было более высоким (0,223%); чем в аналогичном горизонте почв контрольного и фонового вариантов. Наблюдается отчетливая тенденция повышения количества азота по сравнению с первыми двумя вариантами и в горизонте 40-60 см (0,170% против 0,146 и 0,160%о). Обеспеченность азотом нижних горизонтов (60-80 и 80-100 см) была такой же, как в этих горизонтах почвы контрольного и фонового вариантов.
Можно считать, что минеральные удобрения, применяемые ежегодно в дозах КбоРбоКбо способствовали лучшей аккумуляции азота вновь образованными гумусовыми веществами, а также, возможно, более интенсивным необменным поглощением иона аммония минеральными глинистыми коллоидами.
Высокая насыщенность органо-минеральных систем удобрения, когда ежегодно вносилось по N120P120K120 действующего вещества, отрицательно повлияла на обеспеченность черноземной почвы азотом. Как видно из рис. 6, кривые, характеризующие содержание N в профиле черноземной почвы данного варианта существенно отклоняются от кривой количества азота в почве варианта ИбоРбоКбо- Так, разница в содержании азота в почве варианта фон + N120P120K120 в слое 0-20 см по сравнению с аналогичным слоем варианта фон + N60P6oK6o достигает 0,012%, в слое 20-40 см - 0,024% и в слое 40-60 см - 0,011%. С чем связно, что более высокие дозы минеральных удобрений способствовали некоторому уменьшению количества азота особенно в верхней шестидесятисантиметровой толще? В первую очередь это связно с тем, что ежегодное внесение высоких доз минеральных удобрений приводит к увеличению биологической активности почв, и, следовательно, к более интенсивной минерализации гумуса. Как мы показали ранее (Авад Раед Авад и др. 2005), именно в почве данного варианта самое низкое содержание гумуса из всех исследуемых вариантов (3,8% в слое 0-20 см). Оно также более низкое и в других горизонтах черноземной почвы варианта фон + N12oP 120 -120-Поскольку главным аккумулятором азота в почве является гумус, то наблюдаются прямая зависимость содержания азота от количества гумуса в данной почве.
Подвижность органического вещества выщелоченного чернозема, определяемая при применении хемодеструкционного фракционирования
Изучаемые почвы, как было показано в главах 3,4, характеризуются различным содержанием гумуса, они существенно различаются по групповому составу органического вещества. В настоящее время среди исследователей особый интерес представляет оценка лабильной части органического вещества. Предложены инкубационные, кинетические, имитационные, экстракционные и другие методы исследования трансформации органического вещества почв.
Органическое вещество почвы является самым крупным источником питательных веществ для растений. Однако большая часть их заключена в органической форме, недоступной для питания с.х. культур. Количество питательных веществ, высвобождающихся в процессе минерализации почвенного органического вещества зависит от многих факторов: скорости накопления гумуса и количества элементов питания поступающих из внешней среды, физических, физико-химических и биологических свойств, регулирующих интенсивность процессов минерализации и др. (Надежкин, 2005).
В связи с важностью количественной оценки наиболее динамичной в процессе сельскохозяйственного использования почв части гумуса, сотрудниками почвенного института им. В.В. Докучаева проведен поиск тестов, характеризующих наиболее информативные в отношении плодородия почв лабильные формы гумуса и исследован их состав с помощью физико-химических методов (Дьяконова, 1987, 1990). Принцип определения фракций состоял в их последовательной экстракции серией реактивов от мягких к более жестким: водой, нейтральным пирофосфатом натрия, щелочным пирофосфатом натрия, щелочью. В серии этих вытяжек, особый информативностью обладает водная вытяжка (почва: вода 1:1 (Дьяконова, Булева, 1987).Несмотря на значительное число публикаций (Органическое вещество пахотных почв, 1987; Проблемы
гумуса в земледелии, 1986), свидетельствующих, что содержание водорастворимого органического вещества служит надежным показателем эффективности плодородия ряда типов почв, хорошо отзывается на вносимые органические и минеральные удобрения, тесно связано со степенью окультуренности почв, коррелирует с урожайностью сельскохозяйственных культур и биологической активностью почв, имеется и негативная точка зрения на применение этого параметра (Минина, Балаян, 1989). Эти авторы считают, что использование показателя «водорастворимое органическое вещество» для оценки степени окультуренности в качестве одного из параметров гумусного состояния нецелесообразно. По их мнению, определение этого показателя необходимо для изучения характера происходящих в почве микробиологических процессов.
По данным М. Кершенса (1990) и Е. Schulz (1986) хорошим критерием содержания в почве легкотрансформируемого органического вещества и, следовательно, образования азотистых соединений, минерализуемых в течение года при благоприятных условиях, является содержание углерода и азота в горячей водной вытяжке. Эта вытяжка, как относительно мягкая, способная извлекать «лабильную» потенциально минерализуемую фракцию органического вещества почвы, была использована при исследовании образцов почв длительного опыта, заложенного в 1975г в Швейцарии (Pont, Neyrond, 1989). Применение ее позволило определить естественную способность почвы обеспечивать растения необходимым количеством азота в течение вегетационного периода.
Помимо водорастворимых органических веществ в почве существуют другие формы лабильных гумусовых веществ. Согласно К.В. Дьяконовой (1987) к ним могут быть отнесены молодые соединения гумуса, которые непрочно связаны с минеральной частью почвы, содержат повышенное количество азота (C:N не более 12), способны относительно быстро трансформироваться и высвобождать азот для растений. Накоплен обширный фактический материал по влиянию минеральных и органических удобрений, способов обработки почв, орошения монокультуры и севооборотов на лабильные гумусовые вещества различных регионов (Бреус, Михновская, 1976; Спахов, Спахова, 1970; Музаков, 1968; Фукин, Карпухин, 1974; Полеско, Бражник, Колесникова, 1970; Александрова, 1977; Кауричев, Лыков, 1979; Володин, Масютенко, Юринская, 1988; Когут, 1987; Самойлова, Сизов, Яковченко, 1990; Шевцова, 1989; Надежкин, 2005). Показано, что под влиянием минеральных и органических удобрений существенно увеличивается содержание лабильных гумусовых веществ в черноземах.
В настоящее время для определения содержании лабильных гумусовых веществ, отзывчивых на различные приемы сельскохозяйственной деятельности, используют 0,1 м раствор Na4P207 (с рН 7) (Дьяконова, Булева, 1987; Исмагилова, Замараев, Чановская, Булкина, 1987), 0,02 н NaOH (Левин, Денисова, Белозеров, 1986), 0,1 н NaOH до и после декальцирования почв (Плотникова, Орлова, 1986), 0,2 н раствор NaOH (Кулажна, 1989). Имеющиеся сведения по валовому содержанию гумуса, а также по его групповому и фракционному составу полностью не вскрывают причин часто низкой продуктивности почв. В этой связи нам представляется, что характеристику гумусового состояния пахотных почв различной степени окультуренности целесообразно дополнять данными по содержанию подвижных гумусовых веществ. Именно лабильные гумусовые вещества в наибольшей степени подвержены изменениями при интенсивном сельскохозяйственном использовании почв.
