Агрогенная трансформация почв что это
АГРОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПОЧВЕННОГО ПРОФИЛЯ
СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ В АГРОХРОНОРЯДУ
«ЛЕС – ПАШНЯ 100 ЛЕТ – ПАШНЯ 220 ЛЕТ»
Научный руководитель: Чендев Ю.Г., д.г.н., профессор
ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный
исследовательский университет», Россия
Воздействие антропогенного фактора на процесс почвообразования резко возросло во второй половине XX века и в настоящее время стало решающим. Однако до сих пор нет единого мнения о развитии почвообразовательного процесса при вовлечении почв в сельскохозяйственное использование: одни исследователи считают, что в пахотных почвах протекает естественный зональный процесс почвообразования, другие указывают на глубокие, коренные изменения в природном процессе почвообразования. Однако почвообразовательный процесс в пахотных почвах следует рассматривать не просто как естественный, а как особый естественно-антропогенный, или культурный.
В почвенных профилях происходит поступательное накопление новых признаков, не свойственных природному почвообразованию. Поэтому возникает необходимость в накоплении, хранении и систематизации данных об антропогенно-модификационных почвах, анализе их изменения во времени. До настоящего времени, несмотря на длительное освоение земель, эволюция почв, протекающая под воздействием распашки, изучена пока фрагментно.
Цель данной работы заключается в изучении агрогенной трансформации гумусного профиля автоморфных серых лесных почв под влиянием длительной распашки.
В качестве объектов исследования выступили пахотные и целинные серые лесные почвы ключевых участков «Самарино», «Мелихово», «Казачья Лисица» и «Поляна» Белгородской области. Для этого на ключевых участках были исследованы четыре агрохроноряда. Все исследуемые участки располагались на ровных водоразделах и в сходных литологических условиях (почвообразующие породы – тяжелые лессовидные суглинки и глины). Сравнивалось гумусное состояние естественных (фоновых) серых лесных почв лесостепи и их пахотных аналогов разных сроков распашки. Содержание гумуса определялось по методу Тюрина. Для определения группового состава гумуса использовался ускоренный прирофосфатный метод (по Кононовой-Бельчиковой). Запасы гумуса были вычислены в метровом слое с учетом объемной массы почв. При выборе ключевых участков авторы использовали историко-картографический метод поиска угодий разных сроков распашки, возникших на месте дубово-широколиственных лесов. Пахотные почвы всех участков следует рассматривать как экстенсивно осваиваемые, т.к. за всю историю их распашки, годовые дозы внесения органических удобрений никогда не превышали 5-6 т/га.
Ключевой участок «Самарино» находился в Красногвардейском районе. Территория относится к границе лесостепной и степной зон Среднерусской возвышенности. Участок исследования представлял собой ровную водораздельную поверхность между долинами рек Палатовка и Валуй. Агрохроноряд был представлен фоновой серой лесной тяжелосуглинистой на карбонатной глине почвой под ясенево-дубовым лесом и ее пахотными эквивалентами с возрастом земледельческого освоения 100 и 150 лет. Второй ключевой участок «Мелихово» располагался в центральной части Белгородской области (Корочанский район) в пределах типичной лесостепи. В геоморфологическом отношении исследуемая территория представляла собой плакор в пределах междуречья Северского Донца и Разумной (ближе к долине р. Разумная). Агрохроноряд представлял собой фоновую темно-серую лесную почву под дубово-широколиственным лесом и ее пахотными эквивалентами с возрастом земледельческого освоения 100 и 220 лет. Другой участок «Казачья Лисица» был расположен в западной части Белгородской области (Грайворонский район) также в пределах типичной лесостепи, однако в более влажных климатических условиях по сравнению с ранее изученными ключевыми участками. Участок находится на ровном водоразделе между бассейнами р. Ворскла и ее притока – р. Лисенок. На изученном участке, в пределах полностью лесопокрытой в прошлом территории, были исследованы почвы под лесом, на пашне возраста около 90 лет и на пашне с возрастом освоени я 230 лет. Четвертый ключевой участок «Поляна» находился на юге Белгородской области в Шебекинском районе. Территория представляла собой ровную, местами слабо наклонную в юго-западном направлении водораздельную поверхность между долиной р. Северский Донец и долиной р. Корень (левобережного притока Северского Донца). Почвообразующими породами являлись тяжелые буровато-палевые карбонатные тяжелые суглинки и глины. Агрохроноряд был представлен фоновой темно-серой лесной глинистой на лессовидных карбонатных тяжелых суглинках почвой под липово-кленовым лесом и ее пахотными эквивалентами с возрастом земледельческого освоения 100 и 150 лет. Почвы всех четырех агрохронорядов находились в сходных литолого-геоморфологических условиях.
Исследования показали, что переход серых лесных почв из целинного состояния в пахотное сопровождается заметной перестройкой почвенных профилей. По показателю содержания гумуса в слое 0-20 см (2-4 %) все изученные пахотные почвы характеризуются низким содержанием органического вещества. В результате длительной распашки в исследуемых почвах происходит уменьшение содержания гумуса в пахотных горизонтах. Это объясняется тем, что пахотные горизонты постоянно перемешиваются под действием агротехники и органическое вещество минерализуется довольно быстро. Однако несколько увеличивается содержание гумуса в средней части профиля пахотных почв. Пахотные почвы более древнего освоения (150 и 220 лет) имеют более высокие показатели содержания гумуса в верхней и средней частях профилей по сравнению с молодыми пахотными эквивалентами (100 лет распашки).
По запасам гумуса в слое 0-100 см (т/га) изученные пахотные почвы характеризуются средним уровнем запасов (195-298 т/га). Трендовой направленностью исследуемых пахотных почв служит также увеличение запасов гумуса во времени в метровой толще (рис.1). Изменение запасов гумуса в пахотных почвах связано как с изменением во времени содержания гумуса, так и с закономерным изменением во времени показателя объемной массы почвы. По запасам гумуса в слое 0-100 см, почвы четырех изученных ключевых участков характеризуются следующими особенностями. В почвах с возрастом распашки 100 лет самый высокий показатель запаса гумуса характерен для пахотной почвы участка «Поляна» (283 т/га). Наименьшие запасы отмечены в «Самарино» (195 т/га). В почвах с возрастом распашки 220 лет лидирует пахотная почва ключевого участка «Мелихово» (запасы гумуса за 220 лет распашки составили 298 т/га). Что же касается показателя прироста запасов гумуса за первые 100 лет распашки, то лидирует 100-летняя пахотная почва «Казачей Лисицы» (прирост составил 27 т/га или 0,27 т/га в год). За 220 лет распашки наибольший прирост запаса гумуса отмечен в пахотной почве ключевого участка «Мелихово» (52 т/га или 0,24 т/га в год). Обнаружено также замедление скорости увеличения запасов гумуса в исследуемых почвах после первых 100 лет распашки (за исключением пахотных почв ключевого участка «Мелихово»).
«Казачья Лисица» «Мелихово»
Рис. 1. Запасы гумуса (т/га) в метровой толще почв ключевых
участков исследования агрогенной эволюции серых лесных почв
Таким образом, экстенсивное освоение темно-серых лесных почв приводит к развитию процессов накопления в них органического вещества почвы при относительном снижении интенсивности его минерализации, т.е. при распашке уменьшаются потери органического вещества, увеличивается скорость биологического круговорота веществ и потоков энергии. Баланс запасов гумуса в метровой толще, несмотря на увеличение времени распашки серой лесной почвы остается положительным. Накопление гумуса при высокой степени разложения органического вещества растительных остатков – отличительная характеристика естественно-антропогенного почвообразования.
Качественный состав гумуса изученных почв также заметно изменяется в результате их агротехногенного преобразования. С возрастом распашки в серых почвах отмечается нарастание гуматности органического вещества. На основании литературных данных, которые вероятно справедливы для этапа общей дегумификации профиля распахиваемых серых лесных почв (первые 100 лет пребывания в пахотном состоянии), можно считать, что возрастание отношения СГК/СФК объясняется активным использованием внутренних резервов данных почв, т.е. гумификацией детрита, входящий в нерастворимый остаток гумуса. Расширение диапазона значений СГК/СФК в подпахотной части серых лесных почв объясняется или быстрой минерализацией фульвокислот, которая активно происходит в пахотном горизонте, или увеличением подвижности гуминовых кислот при распашке и закреплением их на некоторой глубине. Возможно, на расширение значения СГК/СФК влияет отсутствие в исследуемых почвах «избытка» свежей органики, поступающей с навозом. В почве из-за постоянного притока «свежего» углеродсодержащего материала органического удобрения и отсутствия энергетических носителей в виде минеральных удобрений, процессы минерализации превалируют над процессами синтеза, что и находит отражение в групповом составе гумуса – наблюдается фульватизация гумуса.
Источник
Агрогенная трансформация и гумусное состояние почв сельскохозяйственных угодий Оренбургского Зауралья
Исследованы черноземы южные и темно-каштановые почвы Оренбургского Зауралья в различных типах угодий: целина, сенокос, пастбище, залежь, пашня. Установлено, что агрогенная трансформация экосистем сопряжена со следующими процессами: 1) снижение продуктивности фитоценоза за счет сокращения подземной биомассы; 2) ухудшение структурно-агрегатного состояния почв; 3) ослабление интенсивности продуцирования почвами углекислого газа; 4) сокращение содержания гумуса (на 8—29 % от исходного значения); 5) изменение фракционно-группового состава гумуса в сторону снижения доли фракции ГК-2.
Ключевые слова: черноземы южные, темно-каштановые почвы, агроценоз, гумус, целина, сенокос, пастбище, залежь, пашня.
Сhernozem southern and dark chestnut soils in various farmland (virgin land, hayfield, grazing areas, fallow land, arable land) are investigated in Orenburg Zauralye. It was established that the agrogene transformation of ecosystems is associated with the following processes: 1) decrease of phytocenosis productivity on account of reducing underground biomass; 2) deterioration in the structural-aggregate state of the soils; 3) easing of the intensity of carbon dioxide emission from soils; 4) reduction of humus content (for 8% -29% of the original value); 5) changes in fractional-group composition of humus in the direction of reducing the content of GA2 fraction.
Keywords: chernozem southern, dark chestnut soil, agrocenosis, humus, virgin land, hayfield, grazing areas, fallow land, arable land.
Введение
Возрастающая антропогенная нагрузка на степные экосистемы оказывает значительное влияние на почвы как центральное звено биогеоценоза. Элементом почвенной среды, суммирующим многочисленные внешние воздействия и адекватно реагирующим на них изменением своего качественно-количественного состава, является система гумусовых веществ почвы [3, 4].
Гумусное состояние почв, формирующееся в ходе длительного процесса гумусообразования, является отражением экологических условий функционирования почв и их трансформации под влиянием внешних и внутренних сил. Динамика экологических факторов гумусообразования происходит как в зонально-географическом ряду почв, так и при изменении агроэкологической ситуации [4].
Особенности формирования гумусного состояния черноземов и темно-каштановых почв Южного Предуралья исследованы достаточно полно [3]. В то же время, Оренбургское степное Зауралье в этом отношении практически не изучено [4].
Цель исследования
Данное исследование направлено на выявление гумусного состояния почв агрогенно-трансформированных экосистем Оренбургского степного Зауралья. Значительный интерес при этом представляет выявление тех показателей гумусного состояния, которые явились бы наиболее надежными индикаторами эффективного выполнения почвой своих экологических функций и ее экологического благополучия.
Материал и методы исследования
Исследование было направлено на изучение двух почвенных разностей: черноземов южных карбонатных малогумусных маломощных тяжелосуглинистых и темно-каштановых карбонатных маломощных легкосуглинистых. Почвы с такой родо-видовой принадлежностью являются наиболее распространенными в соответствующих подтипах на территории Оренбургского Зауралья, поэтому полученные результаты можно экстраполировать на весьма обширные площади почвенного покрова изучаемого региона.
Стационарные участки на пяти типах угодий (целина, пашня под яровыми зерновыми, естественный сенокос, среднесбитое пастбище, 10-12-летняя залежь) были заложены в Гайском районе (окрестности с. Лылово) для чернозема южного и в Новоорском районе Оренбургской области (окрестности с. Кумак и с. Горьковское) для темно-каштановой почвы.
Изучены показатели, являющиеся, по данным предшествующих исследований [4], важными экологическими факторами, определяющими направленность процессов гумусообразования и гумусного состояния почв: особенности растительности, структура и физические свойства почв, а также их биологическая активность. Для оценки воздействия агрогенного фактора свойства почв различных сельскохозяйственных угодий сопоставлялись с аналогичными показателями для целинных почв. При выборе участков исследования учитывалось их расположение на выровненных водоразделах в типичных для изучаемых почвенных подзон биоклиматических условиях под характерными растительными ассоциациями.
На каждом исследованном участке закладывался почвенный разрез для описания морфологических свойств почв и отбора образцов послойно через каждые 10 см из горизонтов А и АВ чернозема южного и А и В1 темно-каштановой почвы. Повторный отбор образцов в течение вегетационного периода осуществлялся из почвенных прикопок глубиной 40-50 см.
Геоботаническое описание участков исследования производилось по Л. Г. Раменскому (1971): закладывались пробные площадки размером 10×10 м для определения флористического состава, типа растительной ассоциации, средней высоты травостоя, ярусности, общего проективное покрытия [2]. На площадках размером 1×1 м производили укос растений для измерения величины надземной фитомассы. Подземную фитомассу отмывали водой на сите с ячейками диаметром 1 мм из почвенных монолитов размером 20×20×20 см. Растительную биомассу высушивали до абсолютно-сухого состояния и взвешивали. Величину надземной, подземной и общей фитомассы пересчитывали, выражая в ц/га.
Плотность почвы определяли с помощью цилиндра-бура известного объема (100 см 3 ). Для оценки структурно-агрегатного состава почвы производили фракционирование образца воздушно-сухой почвы массой 1-1,5 кг на стандартном наборе сит (сухое просеивание по методу Н. И. Саввинова). По данным просеивания рассчитывали коэффициент структурности как отношение суммы макроагрегатов (размером 0,25-10 мм) к сумме агрегатов диаметром более 10 мм и менее 0,25 мм [1].
Подготовка проб почвы к химическому анализу проводилась по ГОСТ 26269-91. Содержание общего гумуса определяли методом мокрого озоления в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), фракционно-групповой состав гумуса – по методике И. В. Тюрина в модификации В. В. Пономаревой – Т. А. Плотниковой. Интенсивность продуцирования углекислого газа («дыхание почв») определяли адсорбционным методом В. И. Штатнова. Дыхание почв выражали в мг СО2 на 1 кг почвы за 1 час. Активность каталазы определяли газометрическим методом по количеству кислорода, выделившегося в ходе реакции 3 % раствора пероксида водорода с навеской почвы массой 1 г и 0,5 г карбоната кальция. Показания снимали через 1 мин после контакта почвы с пероксидом водорода; активность каталазы выражали в мл О2 на 1 г почвы за 1 мин [5].
Результаты исследования и их обсуждение
Существенное влияние на гумусное состояние степных почв оказывают геоботанические особенности и фитопродуктивность экосистем (табл. 1). Полное уничтожение естественной растительности и коренное преобразование всех параметров фитоценоза отмечается на пахотном участке. Типичные степные фитоценозы с доминирующей дерновинно-злаковой растительностью сохраняются на целинных участках (ковылко-типчаковые), а также на естественных сенокосах (пырейно-типчаковые, тонконогово-типчаковые). На среднесбитых пастбищах, несмотря на доминирование плотнодерновинных злаков, прежде всего Festuca valesiaca Gaudin., значительную долю занимает разнотравье: Achillea millefolium, Lynaria vulgaris L., Phlomis tuberosa L. на черноземе южном и Gypsophila paniculata L., Berteroa incana (L.) DC., Euphorbia seguieriana Neck., Eryngium planum L. на темно-каштановых почвах. Это объясняется уплотнением и нарушением структуры верхнего слоя почвы под давлением копыт крупного и мелкого скота, в связи с чем злаки, наиболее требовательные к
Таблица 1 – Геоботаническая характеристика исследованных участков Оренбургского Зауралья
Источник