Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные процессы и критерии оценки агрогенного преобразования почв 11
1.1. Агрогенные процессы в южно-таежной подзоне дерново-подзолистых почв 11
1.2. Агрогенные процессы в зоне серых лесных почв 16
1.3. Агрогенные процессы в зоне черноземов 18
Глава 2. Органические и органо-глинистые комплексы почвы: методология исследований и их роль в агрогенезе 25
2.1. Краткая история развития методов физического фракционирования почв 28
2.2. Органическое вещество гранулометрических фракций 33
2.3. Содержание и состав органического вещества легких фракций почв .36
2.4. Состав и свойства органического вещества илистых фракций 37
2.5. Влияние биоклиматических условий и свойств почв на уровень накопления в почвах ЛФ 38
2.6. Влияние литологических факторов на уровень накопления в почвах углерода илистых фракций 39
2.7. Роль органо-минеральных фракций в формировании структуры почв 43
2.8. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-преобра-зованных почв 45
Глава 3. Объекты и методы 55
3.1. Характеристика районов и объектов исследования 55
3.2. Методы исследования 100
Глава 4. Органические и органо-глинистые комплексы агродерново-подзоли- стых почв 112
4.1. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-преобразова иных дерново-подзолистых почв Московской области 112
4.2. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-эрозионно-преобразованьгх почв Зеленоградского стационара 130
4.3. Критерии оценки основных процессов агрогенной деградации дерново-подзолистых почв 148
Глава 5. Органические и органо-глинистые комплексы агросерых почв 158
5.1. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-преобразо-ванных серых лесных почв Иваньковского опорного пункта Почвен ного института им. В.В.Докучаева 158
5.2. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-эрозионно-преобразованных серых лесных почв 170
5.3. Критерии оценки основных процессов агрогенной деградации в зоне
серых лесных почв 185
Глава 6. Органические и органо-глинистые комплексы агрочерноземов 193
6.1. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-деградированных типичных черноземов 193
6.2. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-эрозионно-деградированных типичных черноземов Западной части Центрально-Черноземного района 211
6.3. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-ирригацион-но-деградированных южных черноземов Западной Сибири 223
6.4. Критерии оценки основных процессов агрогенной деградации черноземов 237
Глава 7. Оценка экологического состояния старопахотных почв 247
7.1. Роль органических и органо-глинистых комплексов в процессах агро генной дегумификации почвы 247
7.2. Роль органических и органо-глинистых комплексов в агрогенно-активизированных эрозионных процессах 253
7.3. Роль органо-минеральных составляющих в формировании фосфатного режима зонального ряда эрозионно-деградированных почв Центра Русской равнины 264
7.4. Роль органических и органо-минеральных составляющих в процессах агрогенно-ирригационно-активизированной дезагрегации и переуп лотнения почв 280
Выводы 283
Список литературы
- Агрогенные процессы в зоне серых лесных почв
- Содержание и состав органического вещества легких фракций почв
- Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-эрозионно-преобразованьгх почв Зеленоградского стационара
- Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-эрозионно-преобразованных серых лесных почв
Введение к работе
Деградационные изменения гумусового состояния и агрегатного состава агрогенных почв остаются одними из основных проблем современного почвоведения, земледелия, агроэкологии (Ковда, 1981; Добровольский, 1985, 1997, 2000; Козловский, 1989, 1991; Каштанов, 2001; Кирюшин, 2000; «Агроэкология», 2000, «Деградация и охрана почв», 2002 и мн. др.). К настоящему времени накоплен обширный фактический материал по данной проблеме, при этом обращает на себя внимание неоднозначность выводов об изменении гумусового состояния агрогенных почв при их длительном сельскохозяйственном использовании. Недостаточно учитывается тот факт, что гумусовое состояние почв характеризуется не только составом гумусовых веществ, но и особенностями их взаимодействий с минеральными компонентами почвы, в результате которых образуются продукты органо-минерального взаимодействия (ПОМВ), во многом определяющие агрегатный состав почвы. Выявление связей между гумусовым состоянием и агрегатным составом почвы и их изменений при агрогенных воздействиях имеет теоретическое значение для понимания фундаментальной организации почв и прикладное -для оптимизации их использования.
В качестве перспективного направления, способного расширить информационную базу по данной проблеме, представляется исследование органо-минеральных фракций, выделяемых с помощью физических методов фракционирования, которые во многом определяют устойчивость почвы к антропогенным воздействиям (Травникова, Шаймухаметов, 2000; Черников и др., 2001; Oik & Gregorich, 2006).
Цель и задачи исследования. Цель работы - выявление особенностей состава органических и органо-глинистых комплексов агрогенно-деградирован-ных почв, и их использование для экологической оценки последствий агро-педогенеза.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1) адаптация методов физического фракционирования почв для исследования основных процессов агрогенного преобразования почв;
2) типизация органо-глинистых комбинаций по сочетанию основных продуктов органо-минерального взаимодействия в почве;
3) исследование органических и органо-глинистых комплексов агро-генно- и агрогенно-эродированных дерново-подзолистых и серых лесных почв типичных агроландшафтов;
4) исследование органических и органо-глинистых комплексов агро-генно-, эрозионно- и ирригационно-деградированных черноземов представительного ряда объектов;
5) оценка экологического состояния зонального ряда старопахотных почв Центра Русской равнины по типу (подтипу) органо-глинистой комбинации и составу органо-минеральных компонентов микрочастиц;
6) уточнение количественных критериев экологической оценки степени эродированности почв по подтипу органо-глинистой комбинации и составу их органо-минеральных соединений.
Научная новизна
1. Органо-минеральные профили зональных типов почв Центра Русской равнины определяются устойчивым сочетанием трех основных групп органо-ми-неральных фракций (легкие с плотностью 2 г/см , илистые, остаток), и характеризуются 4 типами и 4 подтипами органо-глинистых комбинаций, выделяемых по 2-м базовым признакам (содержание ила и легких фракций). Разная локализация органо-минеральных фракций в почве, качественный состав их компонентов, прочность связывания с минеральными составляющими обуславливают их различную роль в процессах агропедогенеза.
2. Тип органно-глинистой комбинации (малоглинистый, среднеглинистый, многоглинистый, гиперглинистый), и подтип (обедненный, слабообогащен-ный, обогащенный, сверхобогащенный) характеризуют устойчивость почв к различным деградационным процессам (дегумификации, дезагрегации, переуплотнению). Предложены критерии количественной оценки изменения сос 7 тавляющих органо-минерального профиля при различных агрогенных воздействиях.
3. По взаимодействию с элементарными почвенными частицами (ЭПЧ) в почве можно выделить активное (в составе крупных микрочастиц) и инертное (в составе мелких микрочастиц) органическое вещество. Соотношение Скр/СМел позволяет оценить равновесное состояние углерода в почве и роль различных агрогенных воздействий на экологические функции почвы.
4. Анализ соотношений между углеродом дискретного органического вещества почвы, локализованного, в основном в поровом пространстве и углеродом органо-глинистых комплексов (СЛФ/СИЛ)5 а также между углеродом в составе крупных и мелких микрочастиц (Скр/Смел) позволяет количественно оценить экологическое состояние деградированных почв. Предложены шкалы оценки экологического состояния деградированных почв. Практическая значимость
Предложена модификация метода грануло-денсиметрического фракционирования почв, которая заключается в отделении свободного ОВ от агрегированного, входящего в состав крупных микрочастиц, и позволяет адекватно оценить микростроение почв (Травникова, Артемьева, 2001).
Предложенная типизация почв по органо-глинистым комбинациям позволяет диагностировать направленность изменения составляющих органо-минерального профиля при различных агрогенных воздействиях.
Разработанные шкалы диагностики свойств почв, определяющие экологическое состояние зонального ряда почв Центра Русской равнины (по соотношениям Скр/Смсл и Сдф/Сил), позволяют диагностировать степень проявления и потенциал развития основных деградационных процессов (дегуми-фикации, дезагрегации, переуплотнения).
Система комплексной оценки степени деградированности эродированных почв на основе характеристик органоминеральных фракций и соотношений Сдф/Сил и Скр/Смсл позволяет существенно повысить точность диагностики эродированных почв и оптимизировать их сельскохозяйственное использование. Защищаемые положения
1. Органические и органо-глинистые комплексы, выделяемые грануло-ден-симетрическим методом можно объединить в 4 типа и 4 подтипа органо-гли-нистых комбинаций.
2. Типизация почв по органо-глинистым комбинациям позволяет оценить устойчивость почв к различным деградационным процессам (дегумификации, дезагрегации, переуплотнению).
3. Для оценки степени агрогенно-эрозионного преобразования почв предложены индикационные параметры: содержание ила в поверхностных горизонтах и его минералогический состав, концентрация углерода илистой фракции поверхностных горизонтов, соотношение углерода легкой и илистой фракций (СЛФ/СИЛ)- Разработаны шкалы диагностики агроэкологического состояния агрогенно-эродированных почв по соотношениям СДФ/СИЛ и Скр/Смел.
4. В зональном ряду почв соотношение между органическим углеродом, входящим в состав крупных (Скр) и мелких (Смел) микрочастиц (СКр/Смел) закономерно изменяется с 2,0 в почвах лесных ценозов до 1,0 в целинных черноземах, оно характеризует равновесное состояние Сорг в целинных почвах разных типов почвообразования.
5. В старопахотных почвах величина соотношения Скр/Смел закономерно изменяется с 3,0 в агродерново-подзолистых и агросерых почвах до 1,5 в агро-черноземах. Разработаны шкалы диагностики агроэкологического состояния агродерново-подзолистых, агросерых почв и агрочерноземов по соотношению СКр/Смел.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на международных, всероссийских и региональных научных совещаниях, конференциях и симпозиумах разного уровня (Москва, 1987; 1992; 1997; 2006; 2007; Санкт-Петербург, 1996; 2007; Монпелье, 1998; Суздаль, 2000; Пущино, 2001; Курск, 2003; Новосибирск, 2004; Воронеж, 2006; Прага, 2007). 10 Структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 359 страницах, содержит 78 таблиц и 37 рисунков. Список литературы включает 449 наименования, из которых 124 на иностранных языках.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность Л.С. Травниковой, явившейся инициатором работ по адаптации метода грануло-денсиметричес-кого фракционирования для исследования агрогенно-эрозионных процессов и оказавшей автору неоценимую поддержку. Автор выражает глубокую признательность И.И. Васеневу за постоянный стимулирующий интерес к работе и помощь на заключительном этапе работы. Автор искренне благодарен Н.П. Сорокиной за ценные советы и научно-методические разработки, которые послужили стимулом для исследований. Особую благодарность автор выражает М.Ш. Шаймухаметову и коллективу лаборатории физико-химии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева, где была выполнена основная часть работы, а также коллективу кафедры экологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева за благожелательное отношение и поддержку. Автор глубоко признателен коллегам: B.C. Булеевой, Е.Г. Моргуну, И.М. Рыжовой, П.М. Са-пожникову, Т.М. Силевой, Т.А. Соколовой, А.С. Фриду, Н.П. Чижиковой, Е.В. Шеину за помощь в экспериментальных исследованиях и поддержку, а также студентам, принимавшим участие в работе на разных стадиях полевых и экспериментальных исследований: А.С. Абрамову, М.Х. Ахметовой, А.С. Гриневой, О.В. Каплиной, О.Н. Моисеевой, Ю.И. Улитиной.
Агрогенные процессы в зоне серых лесных почв
Серые лесные почвы занимают около 2,8% почвенного покрова России. История непрерывного земледельческого использования серых лесных почв Русской равнины насчитывает, согласно историческим документам 250-500 лет (Никитин, 1988). Основные агрогенные процессы в подзоне серых лесных почв аналогичны тем, что имеют место в подзоне дерново-подзолистых почв и представлены процессами дегумификации, подкисления и выщелачивания оснований, переуплотнения, эрозионными, особенно активными на склонах.
К настоящему времени опыт агрогенного преобразования серых лесных почв обобщен в научных трудах; А.И. Троицкого (1958); А.В. Гедымина (1964); В.Л. Андроникова (1965); Л.П. Рубцовой (1967); Б.П. Ахтырцева и др.(1969); Д.С. Булгакова (1973); И.Г. Шубиной (1973); В.М. Алифанова (1979); И.С. Урусевской (1963); Ф.И. Козловского (1998); Н.П. Сорокиной (2002); И.И. Кызласова (2003) и многих других.
Среди показателей освоенных почв отмечается мощность пахотного слоя, содержание в нем гумуса, наличие прочной структуры, высокая емкость поглощения и степень насыщенности основаниями (Антипов-Каратаев, 1954; Колоскова, Бурлаков, 1963).
В агрогенно-преобразованных серых лесных почвах проявляется переходный характер их зонального положения. Особенности агрогенных преобразований светло-серых лесных почв близки к дерново-подзолистым почвам, темно-серых — к черноземам.
Дегумификация серых лесных почв в результате распашки целинных почв проявляется в интенсификации процессов минерализации органических остатков и гумуса в верхних горизонтах. Интенсивность минерализации высока в первые годы освоения лесных почв, а затем постепенно затухает до установления динамического равновесия между синтезом и минерализацией гумуса, характерных для новых условий (Ахтырцев, Щетинина, 1969). Гумус пахотного слоя вследствие изменения условий почвообразования и механического перемешивания пополняется "зрелыми" представителями гуминовых кислот. Ниже приведены Средние показатели гумусного состояния серых лесных почв Нечерноземной зоны России (Орлов, Бирюкова, 1987) (табл.1.2.).
Дегумификация пахотных почв активизирует процессы дезагрегации, переуплотнения и эрозии. Плотность пахотных горизонтов возрастает с 0,94-1,14 г/см (целина) до 1,3 г/см (пашня) (Бондарев с соавт., 2000). Агросерые почвы отличаются от агродерново-подзолистых большей податливостью к оптимизации физических свойств. Это связано с большей мощностью гумусового горизонта.
Эрозия почв является одной из важнейших проблем земледелия в подзоне серых лесных почв, как в лесной зоне, в целом. В пределах лесной зоны, в целом, подвергается смыву более 22% пахотных почв. При относительно малой мощности гумусового профиля серых лесных почв в результате смыва на поверхность выходят и вовлекаются в обработку более глубокие, часто малоплодородные горизонты, обедненные органическим веществом, с неблагоприятными физическими свойствами. Запасы гумуса в пахотном слое средне- и сильносмытых серых лесных почвах уменьшаются, согласно сред-немноголетним данным на 34-54% (Каштанов, Явтушенко, 1997). В результате эрозии в почвах уменьшается содержание азота и усвояемых растениями форм фосфора и калия, ряда микроэлементов (йода, меди, цинка, кобальта, марганца, никеля, молибдена), от которых зависит не только урожай, но и качество сельскохозяйственной продукции. Эрозия способствует проявлению почвенной засухи. Это объясняется не только тем, что значительная часть осадков стекает со склонов, но и тем, что на эродированных почвах с плохими физическими свойствами увеличивается потеря влаги (Заславский, 1983).
В связи со смывом минеральных элементов питания растений, усилением почвенной засухи, ухудшением физических свойств почв, снижением их биологической активности на склонах с эродированными почвами резко снижается урожай возделываемых культур.
Содержание и состав органического вещества легких фракций почв
Современными исследованиями многих авторов (Шаймухаметов с соавторами, 1984; Ганжара с соавторами, 1990; Christensen, 1992; Gregorich et al., 1994) было показано, что в легких фракциях (плотностью от 1,13 до 2,0 г/см ) обычно доминируют органические остатки растительного, животного и микробного происхождения различной степени минерализации, что подтверждает результаты более ранних исследований этих фракций (Лейн, 1940; Хан, 1969; Ford & Greenland, 1969). С этой фракцией связана значительная часть микробных популяций и энзиматическая активность почв, с углеродом ЛФ хорошо коррелирует дыхание почв (Jansen et al, 1994). Эта группа органического вещества почв играет существенную роль в оценке круговорота углерода в почвах, поскольку большая часть ее служит легко разлагаемым субстратом для микроорганизмов и краткосрочным резервуаром питательных элементов для растений (Травникова, Шаймухаметов, 1990; Gregorich et al, 1994). Вместе с тем, в состав ЛФ входит и более устойчивое органическое вещество - высокомолекулярные гумусовые соединения гуминовой природы, представленные металлгуминовыми комплексами (Лейн, 1940; Хан, 1969; Травникова с соавторами, 1992), а также углистые вещества (Skene et al, 1997; Skjemstadera/., 1993).
Основная масса углерода ЛФ аккумулируется в частицах с плотностью 1,8 г/см , поэтому они являются наиболее представительными для группы фракций с пл. 2,0 г/см . Усредненные величины элементного состава ОВ этих фракций, выделенных из поверхностных горизонтов различных типов пахотных почв колеблются в узких пределах: С - 52-55; N —3; Н - 4,2-4,6; О —40 % от массы беззольного вещества, C/N - около 20 (Травникова, 2002). Высокое отношение C/N свидетельствует о значительном участии негумифи-цированного (легкоразлагаемого) ОВ. В составе экстрагируемого ОВ фракций преобладают гуминовые кислоты: Сгк/Сфк в почвах разного типа варьиру ет от 2 до 100 (Травникова, Титова, 1992). Этому соответствует величина, характеризующая степень гумификации ОВ, которая варьирует в интервале 70-100% от СЛФ. Групповой состав гумуса ЛФ закономерно изменяется в зонально-генетическом ряду исследованных почв. Величина Сгк/СфК в составе гумуса фракций, выделенных из дерново-подзолистых почв, лежит в пределах 1,7- 2,3; в типичных черноземах она возрастает до 10-100, а в черноземах южных фаций и слитых почвах вновь наблюдается ее уменьшение до 1,5-6,5 (Ванюшина, 2001; Травникова, Титова, 1992; Фармаковская, 1993).
Таким образом, существенно гуматный состав является отличительным признаком гумусовых веществ ЛФ и не зависит от типа почв, из которых они выделены (Травникова, 2002). В то же время долевое участие ГК в их составе, а также содержание катионов варьируют в зависимости от типа почв и агротехники возделывания культур (Травникова, Титова, 1978; Травникова, Титова, 1992; Травникова, 2002), что, по мнению Л.С.Травниковой, свидетельствует о чувствительности ЛФ к условиям функционирования почв.
Состав ОВ органо-глинистых комплексов более однороден. Основной органической фазой их являются гумусовые вещества, образующие с глинистыми минералами и оксидами прочные связи. Элементный анализ существенно отличается от состава гумусовых кислот этих фракций от описанных выше (С - 20-32; N 3; Н - 8). Отношение C/N гумусовых соединений колеблется в пределах 9-10. Данные элементного состава ОВ илистых фракций близки показателям, характерным для фульвокислот (Орлов, 1990), и находятся в соответствии с более низкими значениями Сгк/СфК. Так, в дерново-подзолистых почвах значения Сгк/СфК ниже 1 и свидетельствуют об абсолютном преобладании фульвокислот, в черноземах и слитых почвах они варьируют от 1,1 до 2,7 (Травникова, Титова, 1978), в отдельных случаях достигая 7, что свидетельствует об изменении состава гумуса от фульватно-гу-матного до гуматного. Однако доля ГК в составе гумуса этих фракций составляет 45-80%, что значительно ниже значений для ЛФ. В соответствии с этим гумусовые соединения илистых фракций связывают в 2,5-3 раза больше А1 и Fe и в 2 раза больше Са и Mg, что отражает большее содержание в них функциональных групп, способных к комплексообразованию и обмену (3000-6000 м-экв/100 г гумусовых веществ).
Таким образом, ОВ легких и илистых фракций почв существенно различается по составу компонентов и свойствам, что характерно для широкого ряда почв, сформированных на породах различного генезиса и в разной биоклиматической обстановке. ОВ первых гетерогенно: включает как слабо измененные, так и гумифицированные фракции (Травникова, 2002, 2003). В составе гумуса преобладают наиболее высокомолекулярые формы гуматного состава, обогащенные углеродом и относительно обедненные азотом. Состав ОВ ила более однороден, в нем преобладают более низкомолекулярные соединения фульватного типа, содержащие меньше углерода и больше азота, что соответствует литературным данным (Anderson et al, 1974). Приведенные в литературе данные анализа с помощью твердофазного 13С-ЯМР подтверждают, что ОВ легких фракций более ароматическое по своей природе, в то время как вещество тяжелых фракций (с пл. 2,0 г/см ), связанное главным образом с глинистыми минералами, отличается повышенным содержанием алифатических компонентов (Anderson et al, 1974). Согласно данным ряда исследователей (Golchin et al., 1994; 1995; Guggenberger et al., 1995), в органическом материале ЛФ доминируют углеводы растительного происхождения, в то время как илистых - микробного.
Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-эрозионно-преобразованьгх почв Зеленоградского стационара
При сельскохозяйственном освоении лесных почв существенно меняется состав компонентов микростроения почв. Величина соотношения углерода неустойчивых (крупных) и устойчивых (мелких) к непродолжительному воздействию ультразвука микрочастиц в поверхностных горизонтах изученных лесных дерново-подзолистых почвах колеблется в пределах 1,9-2,6 (2,3). При анализе балансовых расчетов запасов углерода, выполненных для слоя 0-20 см выявлено снижение величины соотношения Скр/Смел до 2,0. Смена естественного лесного ценоза на агроценоз вызывает смещение величины соотношения СКр/Смел в сторону увеличения массы углерода, включенного в состав неустойчивых микрочастиц 3,0, в частности, за счет разру шения части устойчивых в условиях естественных ценозов микрочастиц, что сопровождается освобождением части углерода, связанного с илом (ОГК) углерода микрочастиц такого рода (Сост)- При грануло-денсиметрическом фракционировании компоненты дезагрегированных мелких (устойчивых) микрочастиц включаются в состав крупных (неустойчивых) микрочастиц. С этим связано увеличение запасов углерода, аккумулированного илистой компонентой микрочастиц такого рода (в среднем на 4% от исходной величины запасов углерода), а также резким увеличением его доли составе общей массы углерода крупных микрочастиц (в среднем с 51% до 62% от величины запасов углерода крупных микрочастиц).
Таким образом, проведенные исследования выявили активное развитие процессов дегумификации и дезагрегации почвенной массы, которые проявляются в изменении показателей гумусового состояния лесных почв, носящих деградационный характер. Процесс дегумификации интегрально проявляется в уменьшении запасов углерода в почве (на 14 т/га, что составляет 28,3±8,1% от исходной величины запасов углерода - в слое 20 см), он особенно выражен в свободной составляющей дискретного ОВ (Ссв)5 где потери запасов углерода составляют 84,8±16,5% от исходных, в других органо-ми-неральных фракциях степень выраженности агрогенно активизированной минерализации ОВ существенно ниже: для агрегированной составляющей дискретного ОВ (СДГР) потери составляют 4,5 т/га (31,5±5,5% от исходной величины), для фракции остатка (Сост) - 5,8 т/га (40,5±2,9%).
Процесс дегумификации дискретного ОВ активизирует процесс дезагрегации микрочастиц, в частности, устойчивых (мелких) в условиях естественных ценозов микрочастиц (потери составили 5,8 т/га (40,5±2,9% от исходной величины запасов углерода) и включением их ОГК в состав крупных микрочастиц. Свидетельство этого - изменение величины соотношения СКр/СМсл в сторону увеличении массы углерода, включенного в состав крупных микрочастиц (с 2,0 до 3,0). Следствием деградационных процессов, происходящих при распашке лесных почв является переуплотнение почвенной массы пахотного горизонта агродерново-подзолистой почвы (для слоя 0-10 см с 1,04±0,1 г/см3 до 1,2±0,1 г/см3 (15%)).
Согласно предложенной типизации органо-глинистых комбинаций (см. табл.3.10) лесные дерново-подзолистые почвы характеризуются ГЬ!М (малоглинистым, 0-10% ила) типом органо-глинистой комбинации, 2"г0 (слабообогащенного), 3 го (обогащенного) и 4"го (сверхобогащенного) подтипов, с содержанием С0бЩ: 2,7±0,6% на массу почвы, а также Н"ым (среднеглинистым, 10-20% ила) типом, 3"го (обогащенного) подтипа, с содержанием Собщ: 2,9±0,8% на массу почвы. Для старопахотных дерново-подзолистых почв отмечены ГЬ1И (малоглинистый) тип органо-глинистой комбинации, Гго (обедненного) подтипа и 1Г0И (среднеглинистый, 10-20% ила) тип, Гг0 (обедненного) и 2"го (слабообогащенного) подтипов, с содержанием Собщ: 1,5±0,4% на массу почвы. Важно отметить существенные различия в содержании С0бЩ в почвах, характеризующихся разными органо-глинистыми комбинациями.
В качестве представительных объектов исследования агрогенно-эрози-онных преобразований почв использованы агродерново-подзолистые почвы Московской области. С учетом материалов изучения агродерново-подзолис-тых почв, исследования детальной организации их почвенного покрова (Сорокина, 1980; Козловский, Сорокина, 1987; Сорокина, Кальван, 1987 и др.) выявили существенные различия процессов почвообразования и мощности почвенных горизонтов на склонах, по сравнению с водоразделом. Установлено значительное варьирование основных диагностических горизонтов агро-дерново-подзолистых почв в пределах небольших территорий и сложный рисунок развития агрогенно активизированных эрозионных процессов
Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-эрозионно-преобразованных серых лесных почв
В качестве объектов исследования агрогенно-эрозионных преобразований почв использованы агросерые почвы двух регионов: Тульской области и Владимирского Ополья. Исследования детальной организации их почвенного покрова (Сорокина, 1966; Шубина, 1973; Рубцова, 1974; Ильина, 1997; Козловский, 1998; Сорокина, 2002 и др.) выявили существенные различия процессов почвообразования и мощности почвенных горизонтов на склонах, по сравнению с водоразделом. Установлено значительное варьирование основных диагностических горизонтов агросерых почв в пределах небольших территорий и сложный рисунок развития агрогенно активизированных эрозионных процессов. Это обусловливает необходимость исследования процессов агрогенно-эрозионной трансформации агросерых почв на катенах и площадных ключах - с установлением местных эталонов несмытьгх {полнопрофильных) агросерых почв.
Наши исследования проводились на представительных склонах агро-ландшафта длительного сельскохозяйственного использования, более подробно описанных в работах Н.П.Сорокиной (2003) и творческим коллективом под руководством Е.В. Шеина (2000).
При проведении исследования эрозионных процессов мы придерживались классификации эрозионно-аккумулятивных зон О.П.Ермолаева (1992), согласно которой, на склонах выделяются следующие зоны: 1) отсутствия эрозии; 2) эрозионная (эрозионно-активная); 3) денудации-аккумуляции (равновесная) и 4) преобладающей аккумуляции. Ранее установлено, что различные сочетания их приурочены к определенным формам рельефа, где формируют специфические элементарные почвенные структуры (ЭПС) (Козловский и др., 1996, Козловский, 1998).
Для характеристики органо-минеральных профилей нами были использованы две группы сопряженных показателей: глинисто-минералогические (содержание и состав ила) и параметры состояния ОВ.
Автоморфные почвы зональных ЭПС резко дифференцированы по содержанию илистого материала и разбухающей фазы: различия между гумусовыми и элювиальными, с одной стороны, и текстурными горизонтами, с другой, по этим показателям достигают 7-15% (табл.5.9). Уменьшение содержания разбухающей фазы к поверхностным горизонтам сопровождается существенным изменением соотношения слюдистых и смектитовых пакетов в составе смешаннослойных минералов в пользу первых. Рентгенометрически это фиксируется по изменению вида смешаннослойных образований с Г го на 2"ои (Градусов, 1976), который характеризуется преобладанием пакетов слюдистого типа. Это свидетельствует о том, что основным типом преобразования этих минералов, обусловленного процессами выветривания-почвообразования, является снижение содержания межслоевых промежутков смек-титового типа. Одновременно в поверхностных горизонтах происходит относительное накопление минералов со стабильной структурой (до 90% от суммы минералов ила), главным образом слюдистого типа (до 75%). Анало-гичные данные по составу и профильному распределению глинистого материала получены ранее для темно-серых почв того же региона (Булгаков и др., 1973). Описанный тип глинистого материала широко распространен в лесной зоне равнинных территорий Евразии (Градусов, 1973).
Основную массу глинистых минералов пахотных горизонтов (85-90%) серых почв (табл.5.9) обоих ключевых участков составляют гидрослюды (55-76%) и неупорядоченные смешаннослойные образования слюда-смектитово-го типа (10-32%). Эти образования выделены Б.П. Градусовым как сложные с переменной нормой переслаивания пакетов слюдистого и смектитового типов (Градусов, 1976). Обнаружены смешаннослойные образования двух видов. Первый характеризуется наличием в воздушно-сухом состоянии макси мума 1,5 nm и плавным спадом интенсивности в сторону больших углов, второй имеет максимум интенсивности в области 1,0 nm с плавным спадом в сторону малых углов. Рассмотрим глинисто-минералогические показатели склоновых почв, используя данные исследованных ключевых участков и темно-серых почв из работы Д.С. Булгакова с соавторами (1973) (табл. 5.9; 5.10).
Профиль глинистого материала смытых почв зоны преобладающей денудации укорочен: отсутствует верхняя облегченная по гранулометрическому составу часть (табл. 5.9). В результате степень дифференциации профиля по илу и содержанию разбухающей фазы существенно уменьшается: на дневную поверхность выходят горизонты почв, обогащенные глинистым ма-териалом и смектитовыми (вермикулитовыми) минералами. Учитывая известные характеристики минералов смектитового типа, можно сказать априори, что сочетание высокого уровня содержания илистых частиц в пахотных горизонтах эродированных почв с обогащением их высокогидрофильным разбухающим компонентом будет способствовать максимальному ухудшению их физических свойств. При исследовании эродированных темно-серых почв (Булгаков, Травникова, Чижикова, 1973) было показано, что степень обога щения илистой фракции пахотных горизонтов эродированных почв смекти товым компонентом существенно зависит от минералогического состава почвообразующей породы.
Так, в супесчаных средне- и сильноэродированных дерново-подзолистых почвах, илистое вещество которых обогащено гидрослюдистой фазой при незначительном содержании лабильных компонентов типа 2:1, заметного накопления разбухающих минералов в пахотных горизонтах не обнаружено. Соответственно в этом случае дополнительный фактор ухудшения физических свойств отсутствует. В пахотных горизонтах агросерых и изученных ранее (Булгаков, Травникова, Чижикова, 1973) темносерых почв содержание ила увеличивается: для агросерых с 15 до 24-31%, слюда-смектитовых минералов с 8-10% до 26-29%, т.е. почти в 2,5-3 раза, а для темно-серых почв эти величины составляют, соответственно 22% против 27% и 14% против 26-32%. В том и другом случае их содержание коррелирует со степенью эродированное почв (табл.5.10).
