Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современные представления о процессах гуму сообразования, составе и свойствах органического вещества почв 10
1.1. Современные представления о процессах гумусообразования и природе гумусовых веществ 10
1.2. Стабильные и лабильные органические вещества почв, их состав и свойства 16
Заключение 42
ГЛАВА II. Объекты и методы исследований 45
2.1. Объекты исследований 45
2.1.1. Природные условия почвообразования в Московской области 45
2.1.2. Природные условия почвообразования в Рязанской области 50
2.1.3. Природные условия почвообразования в Тамбовской области 53
2.1.4. Природные условия почвообразования в Волгоградской области 56
2.1.5. Объекты исследования при изучении выпаханности почв (глава IV)...63
2.1.6. Объекты исследования при оценке скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта (Глава V) 67
2.2. Методы исследований 69
Глава III. Состояние легкоразлагаемого органического вещества почв зонального ряда и географические закономерности его формирования и функционирования 75
3.1. Легкоразлагаемое органическое вещество лесных подстилок 75
3.2. ЛОВ гумусовых горизонтов целинных и залежных почв зонального ряда
3.3. Легкоразлагаемое органическое вещество пахотных горизонтов почв
зонального ряда 92
Заключение 97
Глава IV. Состояние легкоразлагаемого органического вещества как показатель степени выпаханности почв 99
4.1. Выпаханность - наиболее распространенный вид деградации почв.. 99
4.2. Использование показателей состояния органического вещества почв в качестве индикатора их выпаханности 103
4.3. Оценка степени выпаханности почв некоторых областей Центрального федерального округа России 105
4.4. Диагностика степени выпаханности почв различных зон по содержанию ЛОВ 118
4.5. Способы устранения выпаханности почв
4.5.1. Расчет степени выпаханности почв 146
4.5.2. Технологические приемы оптимизации физических свойств дерново-подзолистых почв разной степени выпаханности 148
4.5.3. Расчет степени выпаханности почв черноземного типа почвообразования 153
4.5.4. Технологические приемы оптимизации физических свойств черноземных почв разной степени выпаханности 155
Заключение 160
Глава V. О соотношении скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах 162
5.1. Оценка скорости смыва почв с использованием некоторых показателей их гумусового состояния 162
5.2. Скорость смыва и скорость формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда 164
Заключение 175
Выводы 176
Список использованной литературы 180
- Стабильные и лабильные органические вещества почв, их состав и свойства
- Природные условия почвообразования в Тамбовской области
- ЛОВ гумусовых горизонтов целинных и залежных почв зонального ряда
- Диагностика степени выпаханности почв различных зон по содержанию ЛОВ
Введение к работе
Актуальность. Конференция ООН по окружающей среде, состоявшаяся в Рио-де-Жанейро в 1992 г. приняла Решение о создании модели устойчивого развития биосферы. Это Решение получило государственную поддержку в России в «Концепции перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития». Современный этап развития адаптивно-ландшафтных систем земледелия в России предполагает производство продукции в соответствии с общественными потребностями, обеспечивая при этом создание сбалансированных, высокопродуктивных и устойчивых агроландшафтов, максимально адаптированных к природным условиям региона и обеспечивающих сохранение и повышение плодородия почв.
Для воспроизводства плодородия почвы в традиционном земледелии используют большое количество энергоемких ресурсов. Однако при этом недостаточно учитывается роль почвенно-биологических процессов, тогда как они в определяющей степени обеспечивают воспроизводство плодородия почвы. Интенсивное использование пахотных почв России привело к снижению содержания гумуса, прежде всего за счет его лабильных, легкоразлагаемых форм, к увеличению степени выпаханности, снижению биологической активности почв.
Известна cущественная экологическая и агрономическая роль легкоразлагаемого органического вещества почв, однако, ряд аспектов его состояния остаются малоизученными. Недостаточно изучены скорость и уровни накопления лабильного органического вещества в почвах различных природных зон, влияние содержания и состава легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) на различные свойства и режимы почв, скорость трансформации лабильной части органического вещества.
Цель работы. Основная цель исследований заключалась в изучении географических закономерностей формирования и функционирования легкоразлагаемого органического вещества в целинных и пахотных почвах зонального ряда европейской части России.
Задачи работы:
-
Изучить географические закономерности формирования легкоразлагаемого органического вещества почв зонального ряда.
-
Определить величины накопления и скорость трансформации ЛОВ целинных и пахотных почв зонального ряда.
-
Изучить возможность использования показателей состояния органического вещества почв в качестве индикатора их выпаханности и разработать методику диагностики степени выпаханности почв различных зон по содержанию легкоразлагаемого органического вещества.
-
Оценить скорость смыва и скорость формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда с использованием показателей гумусового состояния почв.
Научная новизна. Впервые в условиях основных природных зон европейской части России проведены комплексные исследования состояния легкоразлагаемого (лабильного) органического вещества зональных целинных и пахотных почв. В приоритетном порядке решены следующие вопросы:
1. Показаны географические закономерности формирования легкоразлагаемого органического вещества в целинных и пахотных почвах зонального ряда европейской части России.
2. Определены величины накопления и время практически полного обновления (Т0,96) легкоразлагаемого органического вещества в почвах основных природных зон европейской части России.
3. Разработан, научно обоснован и апробирован способ определения степени выпаханности почв зонального ряда по соотношению лабильных и стабильных форм органического вещества почв.
4. Установлена возможность оценки скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда с использованием показателей гумусового состояния почв.
Защищаемые положения:
-
Запасы внутрипочвенного легкоразлагаемого органического вещества, включающего корневой опад разной степени разложения и гумификации, в автоморфных целинных и залежных почвах были наиболее высокими и примерно одинаковыми в дерново-подзолистых почвах южно-таежной подзоны, в серых лесных почвах и в черноземах лесостепи. Увеличение количества опада в этом ряду уравновешивалось усилением минерализации. В черноземах степной зоны эти запасы снижались за счет уменьшения количества корневого опада и повышались в каштановых и в светло-каштановых почвах сухих степей из-за иссушения почвенного профиля в летний период и снижения, в связи с этим, интенсивности минерализации;
-
Явление выпаханности почв связано, в первую очередь, с резким снижением содержания лабильных органических веществ в интенсивно используемых почвах, поэтому для диагностики степени выпаханности целесообразно использовать отношение содержания легкоразлагаемого органического вещества к общему содержанию гумуса. Предлагаются зональные шкалы для характеристики степени выпаханности различных типов почв. Степень выпаханности почв зонального ряда Европейской части России, определенная данным способом, подтверждается изменениями физико-химических, агрохимических и физических свойств исследуемых почв.
-
Для оценки скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда возможно использовать показатели гумусового состояния данных почв. Для трех из пяти исследованных типов среднесмытых почв зонального ряда наблюдалось примерное равенство скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта, для двух других типов отмечено превышение скорости смыва над скоростью гумусообразования.
Практическая значимость. Для практического использования разработан способ определения степени выпаханности почв по соотношению лабильных и стабильных частей органического вещества почв, позволяющий использовать показатели степени выпаханности проектными организациями в работах при оценке уровней плодородия почв и выработке первоочередных мероприятий для повышения плодородия.
Результаты исследований использовались при выполнении работ по грантам РФФИ № 00-04-48060 «Разработка метода определения экологических нормативов допустимой эрозии почв (на примере южно-таежных и лесостепных районов европейской территории России)» и 03-04-49314 «Легкоразлагаемое органическое вещество почв (концептуальная модель формирования и функционирования в почвах зонального ряда)», по Государственному контракту с МСХ РФ на выполнение методических разработок для нужд агропромышленного комплекса по теме: «Разработать методические рекомендации по диагностике степени выпаханности основных зональных типов почв европейской части России», по Государственному контракту с МСХ РФ на выполнение научно-исследовательских работ по теме: «Проведение научных исследований и разработка новых технологий оптимизации физических свойств сильновыпаханных дерново-подзолистых и черноземных почв Российской Федерации».
Теоретические положения диссертации используются в курсах лекций по почвоведению в Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева, Воронежском ГАУ имени К.Д. Глинки, Нижегородском ГАУ. Методика определения содержания и состава ЛОВ в почвах, а также методика расчета степени выпаханности почв опубликованы в учебном пособии для студентов агрономических специальностей – Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов, Р.Ф. Байбеков «Практикум по почвоведению», М. «Агроконсалт», 2002.
Апробация работы. Результаты научных исследований были представлены на Международных, Всероссийских, региональных и вузовских конференциях (1986–2008), в том числе на VIII Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), III съезде Докучаевского общества почвоведов РАН (Суздаль, 2000), IV съезде Докучаевского общества почвоведов РАН (Новосибирск, 2004), V съезде Докучаевского общества почвоведов РАН (Ростов, 2008).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 48 научных работ, в том числе 10 работ в рекомендованных ВАКом изданиях, монография «Гумусообразование и агрономическая оценка органического вещества почв», получено авторское свидетельство СССР № 1559292 «Способ определения содержания элементов питания в легкоразлагаемых органических веществах почв».
В работе использованы материалы, полученные автором совместно с аспирантами Т.В. Таразановой и И.А. Нетесоновой.
Автор глубоко признателен своим коллегам – заведующему кафедрой почвоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, профессору, академику РАСХН В.И. Кирюшину и всему коллективу кафедры за ценные советы и поддержку при выполнении работы. Особенно благодарен автор профессору Н.Ф. Ганжаре за оказанную консультативную помощь.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, изложена на 290 стр. машинописного текста, включает 46 таблиц, 19 рисунков и список литературы из 430 наименований.
Стабильные и лабильные органические вещества почв, их состав и свойства
Из гипотез, объясняющих сущность процесса гумификации можно выделить два основных направления. Основоположником так называемых конденсационных гипотез является А.Г. Трусов. По его представлениям гумино-вые кислоты образуются из продуктов частичного разложения белков, лигнина и дубильных веществ в результате их разложения и конденсации (307). Взгляды А.Г. Трусова получили дальнейшее развитие в работах М.М.Кононовой (182). По ее мнению гумификация осуществляется путем конденсации относительно простых низкомолекулярных продуктов разложения органических остатков. Основной реакцией гумификации является конденсация ароматических микроорганизмов, так как исходные азотсодержащие вещества растительных остатков легко разлагаются микроорганизмами. Источниками фенолов могут являться структурные единицы, высвобождающиеся при распаде лигнина и дубильных веществ. Возможность конденсации фенолов с аминокислотами и с продуктами ресинтеза микроорганизмов показана М.М. Кононовой в ряде модельных опытов. Среди других исследователей, придерживавшихся близких взглядов, следует отметить В. Фляйга (371), согласно представлениям которого, специфической реакцией гумификации является окислительная полимеризация соединений фенольной природы с азотсодержащими органическими веществами. Ф. Дюшофур (130), выделяя два типа гумификации: абиотическую и биохимическую отмечал, что гумификация характеризуется реакцией полимеризации относительно простых продуктов разложения лигнина и белков.
Принципиально иная схема процесса гумификации предложена Л.Н. Александровой (11): гумусовые кислоты почвы образуются в результате сложного процесса трансформации высокомолекулярных продуктов разло 13 жения растительных остатков. Автор выделяет следующие этапы гумификации: биохимическое окислительное кислотообразование, формирование азотистой части молекулы. В результате образуется система высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот. Эта система подвергается дальнейшей ароматизации и гидролитическому расщеплению, вступает в реакции солеобразования и сорбции с минеральной частью почвы, происходит разделение системы образующихся гумусовых кислот на ряд фракции, которые отличаются по составу, степени растворимости и по строению молекул. Трансформация новообразованных гуминовых кислот происходит в течение всего периода их существования.
Д.С. Орлов (249) отмечал, что гипотеза Л.Н. Александровой хорошо объясняет многие известные экспериментальные данные, притом, что конденсационная гипотеза не дает ответов на многие вопросы, касающиеся гумификации. Тем не менее, Д.С. Орловым ранее было экспериментально показано (247), что в почвах с повышенной биологической активностью гумификация идет по конденсационному пути, а в почвах с низкой биологической активностью более вероятен деградационный путь гумификации.
Менее известны другие гипотезы, описывающие механизмы гумификации. Согласно гипотезе клеточного автолиза гумусовые вещества образуются в результате саморастворения растительных клеток и тел микроорганизмов после их отмирания под действием ферментов, содержащихся в этих же клетках. Продукты разрушения этих клеток - сахара, аминокислоты, фенолы и хи-ноны впоследствии конденсируются и полимеризуются (цит. по 409).
Гипотеза биосинтеза гуминовых веществ предполагает, что микроорганизмы синтезируют в своих клетках меланин - высокомолекулярное вещество, подобное гумусовым веществам. После отмирания микроорганизмов ме-ланиновые вещества поступают в почву и служат основой формирования гумусовых веществ (цит. по 409). Ряд авторов считает, что на разных стадиях гумификации или в различных природных условиях могут действовать различные механизмы гумификации (375, 376, 434).
А.Д. Фокин показал в своих работах (314-319), что новообразованные фрагменты гумусовых веществ присоединяются непосредственно к имеющимся в почве молекулам гумусовых веществ, т.е. происходит фрагментарное обновление этих молекул, причем новообразованные фрагменты распределяются по фракциям гумуса приблизительно пропорционально содержанию этих фракций в почве. Таким образом, гумусовые вещества почвы являются своеобразной матрицей, обеспечивающей самовоспроизводство.
Е.Ю. Милановский (229) показал, что при формировании и эволюции гумусовых веществ в почве важную роль играют их гидрофобно-гидрофильные свойства. В аэробных условиях формируются продукты гумификации гидрофильной природы, а анаэробные условия способствуют накоплению гидрофобных компонентов гумусовых веществ. Гидрофобные продукты гумификации характеризуются наличием бензоидных структур в своем составе, они неподвижны, не связаны с минеральной матрицей, био-термодинамически устойчивы. Гидрофильные гумусовые вещества характеризуются алифитической природой строения, насыщены функциональными группами, придающими им гидрофильные свойства, они являются наиболее реакционноспособным, лабильным компонентом гумуса, подверженным химической минерализации и микробиологическому разложению.
Гидрофобные компоненты гумусовых веществ почв представляют автохтонные образования, пространственно приуроченные к продуктам гумификации органического материала, независимо от типа водного режима почв, они неподвижны в профиле, накапливаются на месте гумификации органических остатков. Гидрофильные компоненты гумусовых веществ представлены в почвах автохтонными (в составе продуктов гумификации) и аллохтонно-иллювиальными (латеральными) формами. Гидрофильные продукты гуми 15 фикации осуществляют современный метаморфизм минеральной части почвы, их аккумуляция происходит в составе глино-гумусовых, Fe- и А1-гумусовых соединений.
В зависимости от типа водного режима, гранулометрического состава почвы и от характера поступления опада для каждой конкретной ситуации формируется динамическое равновесие между продуктами окислительной и восстановительной гумификации, гидрофобными и гидрофильными гумусовыми веществами. Различия в свойствах гуминовых кислот почв разных природных зон автор объясняет входящими в их состав физически независимыми гидрофильными и гидрофобными компонентами (229).
Н.Ф. Ганжара (73) сделал попытку проанализировать и обобщить условия образования и накопления гумусовых кислот и гумуса в почвах в соответствии с современными представлениями о роли факторов и условий гуму-сообразования в формировании гумусового профиля. Им предложена концептуальная модель гумусообразования, которая включает схему функциональных связей гумусообразования и группировку условий образования и закрепления гуминовых кислот в почвах. Особенностью данной модели является разделение условий гумификации на стадии детритообразования, с одной стороны, и условий прочного закрепления и накопления гуминовых кислот, с другой. Оптимальными условиями образования гуминовых кислот в почвах являются (73):соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами.
Природные условия почвообразования в Тамбовской области
Проведение анализа. Отобранную пробу массой 20 г помещают в центрифужную пробирку на 100 мл и заливают 50 мл тяжелой жидкости (на-сыщенный раствор NaJ плотностью 1,8 г/см ) и тщательно перемешивают стеклянной палочкой с резиновым наконечником. Использование для диспергирования почвы ультразвука не рекомендуется в связи с резким увеличением в легкой (всплывающей) фракции содержания минеральных коллоидов и прочно связанных с ними гумусовых веществ. Центрифугирование проводят при 6 тыс. об/мин в течение 10 мин. Центрифугат сливают, осторожно поворачивая пробирку для смыва органических остатков с ее стенок и не взмучивая при этом почву, на воронку с бумажным фильтром. Отфильтрованную жидкость сливают в отдельную колбу для повторного использования. Обработку почвы тяжелой жидкостью и центрифугирование проводят 3-4 раза до полного отделения фракции ЛОВ, о чем судят по отсутствию на по 71 верхности тяжелой жидкости в центрифужной пробирке органических остатков. После полного отделения легкой фракции, ее отмывают на фильтре горячей дистиллированной водой и этиловым спиртом (50 мл) до потери реакции на йод, о чем судят по обесцвечиванию фильтра. Затем легкую фракцию с фильтра полностью переносят в предварительно взвешенную фарфоровую чашку, смывая ее водой. Воду из чашки выпаривают в сушильном шкафу, и легкую фракцию сушат в чашке до постоянной массы. Взвешивают легкую фракцию в чашке, растирают в агатовой ступке и берут навески для определения азота по Кьельдалю и потери от прокаливания или углерода ЛОВ методом Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой. Углерод ЛОВ можно также определить на экспресс - анализаторе углерода. Все три приема определения углерода ЛОВ дают сопоставимые результаты; использоваться может наиболее доступный и производительный для каждого исследователя.
Для определения элементного состава ЛОВ проводят повторное выделение ЛОВ жидкостью с более низкой плотностью для снижения минеральных примесей. Для этого легкую фракцию, выделенную тяжелой жидко-стью плотностью 1,8 г/см , помещают в центрифужную пробирку и заливают тяжелой жидкостью плотностью 1,6 г/ см , центрифугируют при 6 тыс. об/мин в течение 5 минут. Центрифугат сливают на воронку с бумажным фильтром. Затем обмывают горячей дистиллированной водой, этиловым спиртом, высушивают. В выделенном препарате ЛОВ определяют элементный состав методами, принятыми для определения состава растительных остатков.
Определение потери при прокаливании легкой фракции. В предварительно прокаленный и взвешенный тигель объемом 3 - 5 мл с крышкой отвешивают на аналитических весах, с погрешностью не более 1 мг навеску легкой фракции, прокаливают в муфельной печи. После двухчасового прокаливания тигель вынимают из муфеля, ставят на асбестовый лист, закрывают крышкой и охлаждают 5 минут; затем помещают в эксикатор на 20 минут до полного охлаждения. Охлажденный тигель взвешивают и снова ставят на прокаливание в течение 40 минут. Прокаливание ведут до постоянной массы или до того, как изменение массы не будет превышать 0,001 г. Если зола при сжигании легкой фракции сплавилась, то после охлаждения тигля ее растворяют в 5 - 6 каплях азотной кислоты, добавляют 1мл насыщенного раствора NH4NO3, высушивают и снова озоляют. Вычисляют зольность и потерю от прокаливания легкой фракции: Злф = а 100/С ЛОВ=100 - Злф где Злф - зольность легкой фракции в %; а - масса золы; С - навеска абсолютно сухой легкой фракции; ЛОВ - содержание лабильных форм органических веществ в % к массе легкой фракции, или потеря от прокаливания легкой фракции.
Расчет содержания углерода ЛОВ проводят по формуле: Слов = ЛОВ в 0,5/100, где Слов - углерод ЛОВ, % к массе легкой фракции; в - содержание легкой фракции, % к массе почвы; 0,5 - коэффициент пересчета на углерод, так как в составе ЛОВ содержится в среднем 50 % углерода.
Расчет содержания азота ЛОВ проводят по формуле: N лов = а-в/100, где N лов - содержание азота, % к массе почвы; а - содержание азота, % к легкой фракции; в - содержание легкой фракции, % к массе почвы. 10. Расчет запасов углерода и азота ЛОВ при известных величинах плотности почв и мощности пахотного слоя проводят по формуле: 3 = а" Р" Слов (№юв), где 3 - запасы Слов или NJIOB в пахотном слое, т/га; Р - плотность почвы, г/куб.см.; а - мощность пахотного слоя, см. При отсутствии данных о плотности и мощности пахотного слоя расчет запасов Слов и NnoB проводят приближенно, исходя из того, что содержание какого - либо вещества, составляющее 0,1 % к массе почвы, примерно соот 73 ветствует 3 т/га в пахотном слое, а 0,01%) к массе почвы - 300 кг/га в пахотном слое.
Для сравнительного анализа препаратов гуминовых веществ, выделенных из почв различного генезиса и соответствующих им детритов, были проведены электрофорез и эксклюзивная хроматография. Фракционирование ГВ электрофорезом в 10% полиакриламидном геле в присутствии денатурирующих агентов мочевины и додецилсульфата натрия проводили по методике (306,424). После электрофореза гель с естественно окрашенными полосами ГВ фотографировали, затем окрашивали специфичным для белков красителем, помещая на 4 часа в раствор, содержащий 15% уксусной кислоты, 15% этилового спирта, 0,025% Кумасси бриллиантового голубого R-250, 1% C11SO4. Затем гель отмывали до прозрачного фона раствором, содержащим 10% уксусной кислоты и 10%) этанола в течение суток. Далее окрашенный гель фотографировали.
Для проведения хроматографии 10 мг почвенного или детритного ГВ растворяли в 1 мл 7М мочевины и наносили на хроматографическую колонку с сефадексом G-75 (1,5 х 100см), уравновешенным раствором 7М мочевины. Скорость элюции составляла 15 мл/ч, выход ГВ с колонки детектировали с помощью проточного спектрофотометра при длине волны 280 нм.
Интенсивность выделения углекислого газа определяли при помощи его поглощения щелочью в закрытом сосуде с последующим титрованием, а скорость поглощения кислорода - на аппарате Варбурга в модификации Н.Н. Игнатьева (151).
Об интенсивности преобразования органического вещества можно судить по величине подстилочно-опадного коэффициента (ПОК), или коэффициента разложения Кд — отношение массы подстилки к массе зеленой части опада. ПОК или Кд отражает предельную величину накопления подстилки из единицы источников за год в почвах, достигших квазиравновесного состоя 74 ния (Н.Ф. Ганжара, 1997). Время практически полного обновления (То,9б) т- е. обновления на 96% можно рассчитать по формуле: п где N0 — запасы лесной подстилки или внутрипочвенного ЛОВ (т/га); п — скорость обновления (т/га в год).
За п можно принять количество годового опада, поскольку в биогеоценозах, достигших квазиравновесного состояния количество разлагающихся органических веществ, примерно, равно количеству поступающего опада. Такими статьями расхода органических веществ, как вынос в нижележащие горизонты и закрепление в форме гумуса можно пренебречь, так как их доля в общем балансе потерь относительно невелика. По результатам определений проводилась математическая обработка, дисперсионный и корреляционный анализы выполнялись с помощью программного комплекса STRAZ.
ЛОВ гумусовых горизонтов целинных и залежных почв зонального ряда
Время практически полного обновления лесных подстилок довольно хорошо согласуется с условиями их формирования и закономерно снижается с севера на юг от 58,6 лет в тундре до 1-1,2 лет в лесостепной зоне. Эти показатели на порядок ниже показателей полученных методом радиоуглеродного датирования (Черкинский, Горячкин, 1990). Радиоуглеродный возраст подстилок измеряется первыми сотнями лет (следует отметить, что радиоуглеродным методом определяли возраст гумусовых веществ в составе подстилок). Сложнее обстоит вопрос с определением скорости обновления детрита в грубогумусовых горизонтах подзолистых почв и гумусово-элювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв. По нашим данным содержание ЛОВ (детрита) в 3-15 см слое этих почв составляет 5-10 т/га и подвергается существенным сезонным колебаниям, достигающим 30% от общего содержания в течение теплого сезона, что позволяет предполагать примерно такую же скорость их обновления, как и у лесных подстилок.
В табл. 3.2 представлены материалы по содержанию ЛОВ в целинных и залежных почвах различных природных зон. Наиболее высоким и примерно одинаковым (около 0,5% от массы почвы) содержание углерода легкоразла-гаемого органического вещества (Слов) было в почвах южной тайги и лесостепной зоны, по-видимому, такое равенство в содержании и запасах ЛОВ объясняется тем, что увеличение опада в пределах этого ряда уравновешивается усилением биологической активности; наиболее низкие показатели Слов наблюдались в черноземах обыкновенных и южных степной зоны - 0,14-0,23%. В каштановых и светло-каштановых почвах сухостепной зоны содержание Слов было заметно выше, чем в черноземах степной зоны - 0,30-0,68%. Резкое снижение содержания и запасов ЛОВ в залежных черноземах степной зоны, возможно, объясняется выпаханностью данных почв (до пере 78 хода в залежь), а также более низким поступлением растительных остатков по сравнению с целинными почвами (из-за специфического характера растительности на залежи).
В почвах зонального ряда от дерново-подзолистых почв южной тайги к черноземам степной зоны наблюдалась устойчивая тенденция снижения относительного содержания Слов в % от содержания общего углерода (Собщ).
Однако, при движении далее на юг - к каштановым и светло-каштановым почвам сухой степи эта тенденция нарушилась - содержание Слов в этих почвах и относительное его содержание в составе общего органи 80 ческого вещества было выше, чем в черноземах степной зоны. Учитывая, что ежегодное поступление количества источников гумуса (растительного опада) имеет обратную направленность, т.е. уменьшается в зоне сухих степей по сравнению со степной зоной; повышенное накопление ЛОВ в почвах сухо-степной зоны, по-видимому, следует объяснить резким снижением биологической активности в засушливых условиях сухостепной зоны и, как следствие, уменьшением интенсивности процессов разложения, минерализации и гумификации поступающих растительных и животных остатков. Результатом этого явилось увеличение накопления ЛОВ в почвах и повышение его относительного содержания в составе общего органического вещества. Данные предположения косвенно подтверждались результатами расчетов корреляционной зависимости показателей состояния легкоразлагаемого органического вещества почв (содержание Слов, запасы Слов» отношение Слов к Собщ) от климатических показателей (сумма активных температур, количество осадков, коэффициент увлажнения).
Например, при расчете корреляционной зависимости отношения Слов к Собщ от коэффициента увлажнения во всем зональном ряду коэффициент корреляции составил 0,19, а в том же ряду без каштановых почв сухих степей коэффициент корреляции составил 0,89. Таким образом, в ряду, не включающем каштановые почвы, наблюдалась тесная корреляция между изучаемыми показателями, а при добавлении в тот же ряд каштановых почв корреляция становилась слабой, по-видимому, в каштановых почвах сильнее действовал какой-то другой фактор. При расчете корреляционной зависимости содержания ЛОВ для всего зонального ряда от продолжительности периода биологической активности (ПБА) по Д.С. Орлову (251), коэффициент корреляции составил 0,63, что подтвердило связь величины накопления ЛОВ и биологической активности.
Сходные результаты были получены И.С. Швабенланд (2002), которая определяла содержание живых корней и подземной мортмассы (методом от 81 мывания) в почвах травяных экосистем Хакасии. Запасы мортмассы в черноземах обыкновенных и южных были меньше, чем в каштановых и светло-каштановых почвах, при этом запасы живых корней в каштановых почвах были ниже, чем в черноземах.
Величина времени практически полного обновления ЛОВ (Т0,9б) последовательно уменьшалась в ряду: дерново-подзолистые - серые лесные - черноземы лесостепной зоны - черноземы степной зоны и далее заметно увеличивались в каштановых почвах сухих степей (рис.3.1.).
Диагностика степени выпаханности почв различных зон по содержанию ЛОВ
Для всех исследуемых типов почв показатели плотности почвы в пахотных горизонтах варианта «без внесения органических удобрений» были достоверно выше, по сравнению с плотностью соответствующих горизонтов почв вариантов «с внесением органических удобрений» и «залежь». Следует отметить, что плотность выпаханных почв вариантов «пашня без органических удобрений» хоть и была наиболее высокой среди исследованных вариантов (1,22-1,30 г/см), но, тем не менее, находилась в диапазоне оптимальной плотности для большинства полевых культур. Отсутствие более сильного уплотнения, возможно, объясняется удовлетворительными свойствами поч 131 вообразующих пород: покровных и лессовидных суглинков.
В подпахотных горизонтах всех исследованных типов почв также отмечалась достоверно более высокая плотность в вариантах «без внесения органических удобрений» по сравнению с двумя другими вариантами.
Наиболее высокой общей пористостью (53-63%) характеризовались почвы вариантов «пашня с органическими удобрениями» и «залежь», почвы вариантов «пашня без органических удобрений» - более низкой общей пористостью (51-53%). Различия в плотности твердой фазы между почвами вариантов обусловлены разным содержанием в этих почвах гумуса.
В таблице 4.19. и на рис. 4.3. представлены результаты определения агрегатного состава исследуемых почв.
Агрономическая ценность структуры почвы определяется, в первую очередь, по количеству структурных отдельностей размером от 10 до 0,25 мм, содержание агрегатов такого размера в почвах всех типов в вариантах «пашня без внесения органических удобрений», т.е. в выпаханных почвах, было, примерно, в 1,5-2 раза ниже, чем в почвах двух других вариантов с более высоким уровнем поступления свежего органического вещества. Коэффициент структурности (отношение количества агрегатов размером 0,25-10 мм) в варианте «пашня без внесения органических удобрений» также был в разы ниже, чем в вариантах «пашня с внесением органических удобрений» и «залежь».
В зональном ряду почв наибольшей потерей агрономически ценных агрегатов в варианте «пашня без внесения органических удобрений» характеризовались черноземы. Ухудшение их структурного состояния происходило в основном за счет сокращения фракции агрегатов размером 0,5-3 мм. При этом содержание общего гумуса в почвах оставалось относительно высоким. Это подтвердило известное положение о том, что гумусовые вещества участвуют в формировании структурных отдельностей только в момент своего образования и взаимодействия с минеральной частью почвы. Если же структура подверглась разрушению, те же самые «старые» гумусовые вещества не могут вновь образовывать агрегаты, для этого необходимо поступление свежего органического вещества.
Ухудшение структурного состояния выпаханных почв варианта «пашня без органических удобрений» всех исследуемых типов происходило за счет увеличения содержания глыбистой (на 10-15%) и пылеватой (на 2-15%) фракций.
Подпахотные горизонты выпаханных почв всех типов (вариант «без внесения органических удобрений) характеризовались наиболее неблагоприятным агрегатным составом, повышенным содержанием глыбистой фракции. Глыбистость подпахотного слоя в варианте «пашня с внесением органических удобрений» также была выражена сильнее, чем в варианте «залежь», что объясняется как уплотняющим воздействием тяжелой сельскохозяйственной техники на обрабатываемых почвах, так и более высоким содержанием легкораз-лагаемого органического вещества в подпахотном слое залежных почв.
В таблице 4.20. и на рис. 4.4. представлены результаты определения содержания водопрочных агрегатов в исследуемых почвах. Содержание водопрочных агрегатов в варианте «пашня без внесения органических удобрений» было ниже, чем в двух других вариантах, примерно, в 2-3 раза в почвах всех исследованных типов. Следует отметить, что в варианте «залежь» содержание водопрочных агрегатов было заметно выше, чем в варианте «пашня с внесением органических удобрений». Поскольку поступление свежего органического вещества в почвы этих вариантов характеризовалось сравнимыми величинами, по-видимому, в пахотных почвах сказывается дезагрегирующее действие обработки. Исключение составили дерново-подзолистые почвы, где при систематическом внесении высоких доз органических удобрений содержание как агрономически ценных, так и водопрочных агрегатов было значительно выше, чем в вариантах «залежь».
