Изменения гумусного состояния черноземов ЦЧО за последние сто лет
Содержание гумуса — наиболее важный показатель плодородия и экологического состояния черноземов. При его интенсивной минерализации пахотные черноземы приобретают черты выпаханности.
Е.А. Афанасьева (1964) сравнивала пахотные тяжелосуглинистые типичные черноземы с их целинными аналогами на некосимой степи ЦЧГБЗ, где запас гумуса в метровой толще равен 549 т/га, а в результате распашки уменьшился на 156 т/га за 67 лет.
П.Г. Адерихин (1964), проведя сравнительно-географическое исследование на территории ЦЧО, отметил наибольшую интенсивность дегумификации при распашке оподзоленных черноземов и ее уменьшение при переходе к выщелоченным, типичным, обыкновенным и южным черноземам.
В этой же работе было впервые проведено сопоставление современной (по материалам конца 1950-х-начала 1960-х годов) картосхемы валового содержания гумуса в пахотных горизонтах черноземов ЦЧО с первой картосхемой В.В. Докучаева (1883). Безусловно признавая справедливость методических замечаний Д.С. Орлова с соавторами (1996) о заниженных результатах определения гумуса современными методами, следует отметить, что основные выводы П.Г. Адерихина были подтверждены параллельным анализом современных контрольных объектов.
Парные объекты П.Г. Адерихина по сопоставлению черноземов пашни с местным контролем (пастбищем, залежью или лесом) сами по себе представляют уже большой научный интерес — спустя 35 лет после их исследования. Часть из них была приурочена к «реперным» объектам В.В. Докучаева и представляет особый интерес, как промежуточный временной срез состояния черноземов.
К сожалению, как и в случае разрезов В.В. Докучаева, не удалось найти точных привязок, или полевых дневников по объектам экспедиции П.Г.
Для оценки изменений гумусового состояния черноземов ЦЧО за последнее столетие уже неоднократно применяли: сопоставление архивных и современных картосхем содержания гумуса в черноземах ЦЧО (Адерихин, 1964; Щербаков и др., 1982; Чесняк и др., 1983; Щербаков и др., 1983); сопоставление современных парных разрезов и массовых данных по целинным и пахотным черноземам разных сроков и вариантов использования (Никанорова, 1953; Адерихин, 1964; Щербаков, 1978; Щербаков, Рудай, 1983; Щеглов, 1995; и мн. др.); сопоставление результатов современных и первичных исследований одних и тех же объектов черноземов (Чаянов, 1929; Преобразование природы в Каменной Степи, 1970; Щербаков, Васенев, 1994; Каштанов, Щербаков и др., 1996; и др.).
Первый метод анализа основан на двух исходных допущениях об отсутствии принципиальных различий: (а) между методами лабораторного определения содержания гумуса разных периодов исследований, и (б) между методами и информационной базой картографической интерпретации аналитических материалов.
Первое допущение поддается количественному анализу, с внесением поправочных коэффициентов (Титова, Когут, 1991; Орлов и др., 1996). Принимая за эталонный метод наиболее точное и распространенное во времена В.В. Докучаева определение гумуса сухим сжиганием (Докучаев, 1883), можно получить примерные значения поправочных коэффициентов для определения гумуса в типичных и выщелоченных черноземах другими методами.
Опираясь на опубликованную таблицу параллельных определений в выщелоченном черноземе с содержанием органического углерода около 5,5% (Орлов и др., 1996), получаем поправочные коэффициенты для наиболее распространенного в сороковые-шестидесятые годы метода Тюрина с катализатором (1.10) и для наиболее распространенного в наше время метода Тюрина в модификации Никитина (1.44 — при 20-минутном окислении в термостате при 150°С).
Параллельные определения одного из авторов (Масютенко) дали хорошо воспроизводимые меньшие значения поправочного коэффициента (1.12) для метода Тюрина в модификации Никитина (20 мин, 150°С) в случае пахотных типичных черноземов Курской области с содержанием углерода около 3.5 %. Поскольку во втором случае определения проводились в той же лаборатории массовых анализов ВНИИЗиЗПЭ), в которой анализировались и образцы экспедиции «Русский чернозем» 1991-92 гг., мы в своих расчетах будем опираться на коэффициент 1.12, принимая во внимание, что его значение может быть несколько занижено, особенно в случае черноземов с высоким содержанием гумуса.
Второе допущение может быть проанализировано при сопоставлении исходного информационного массива, лежащего в основе двух сравниваемых картосхем. Картосхема гумусовых изолиний В.В. Докучаева опиралась на сравнительно большое количество разрезов, заложенных в ЦЧО. Благодаря этому, В.В. Докучаеву удалось выявить основные закономерности природного распределения черноземов. Однако сравнительно-географический анализ агрогенной трансформации черноземов не входил тогда в его научные планы. Среди заложенных разрезов и прикопок основная масса приходится на залежи, запуски, целинные участки, сады или ровные пашни поблизости известных имений с повышенным уровнем культуры земледелия.
Картосхемы шестидесятых-девяностых годов (Адерихин, 1964; Чесняк, Щербаков и др., 1983; Каштанов, Щербаков и др., 1996) опираются на усредненные массовые данные агрохимического обследования полей. В их основе лежит сравнительно равномерно собранный материал, в котором более пропорционально представлены черноземы разного уровня агрогенной деградации.
Таким образом, при сопоставлении картосхем В.В. Докучаева и современных авторов (рис. 5.1, 5.2 и 5.3) необходимо делать поправки на территориально завышенные значения гумуса в картосхеме В.В. Докучаева и методически заниженные, на 10-12 %, значения гумуса в современных картосхемах. В этом случае, оценки степени выраженности столетней дегумификации черноземов ЦЧО принимают менее острый характер.
Как уже отмечалось ранее (Щербаков, Шепелева, 1983), сопоставление картосхем 1883 и 1960/1983 гг. выявляет качественное снижение содержания гумуса в черноземах ЦЧО — примерно на 1 градацию из принятых в картосхеме В.В. Докучаева (рис. 5.1). Следует отметить, что в наиболее рано освоенной западной части ЦЧО (основная часть Курской и запад Белгородской области) эти различия менее существенны, и черноземы остаются в той же градации, 7 % , выбранной В.В. Докучаевым системы картирования.
Наибольшие изменения произошли в Воронежской, Липецкой и Тамбовской областях, где бурное строительство железных дорог в конце прошлого века спровоцировало быструю активизацию распашки многолетних и периодических залежей, интенсификацию земледелия с расширением зернового клина и, как следствие, быстрое развитие некомпенсированной минерализации гумуса и других де- градационных процессов. Сильная активизация овражной и плоскостной эрозии в восточной части Белгородской области вывела из активного использования большие площади черноземов, резко снизив их мощность и содержание гумуса.
Схемы 1883-1983 гг. имеют весьма обобщенный характер и служат для выявления лишь самых общих тенденций в развитии процессов дегумификации. На основе их были рассчитаны примерные столетние потери запасов гумуса в тридцатисантиметровом пахотном слое черноземов ЦЧО, которые для различных провинциальногенетических подтипов черноземов колебались от 17 до 36 % (Чесняк идр., 1983).
Обоснованный ранее поправочный коэффициент для результатов определения гумуса по методу Тюрина (1.1) может несколько снизить полученные оценки — до 15-30%, но целесообразность его применения в данном случае вызывает сомнения — в виду широких градаций и очень мелкого масштаба картирования, контуры которого имеют меньшую детальность, чем предлагаемый корреляционный коэффициент.
Картосхема П.Г. Акулова (1992) представляет более детальную информацию — по среднему содержанию гумуса в пределах основных выделов природно-сельскохозяйственных зон (на нашей схеме, агро- экологических районов — рис.
Минимальные различия выявляются в северо-западном районе Курской области, где в массиве преобладающих по площади серых лесных почв отмечаются вкрапления оподзоленных и выщелоченных черноземов облегченного гранулометрического состава. Этот район отличался пониженным содержанием гумуса в старопахотных
черноземах еще в конце прошлого столетия, и за прошедшие 100-120 лет претерпел наименьшие количественные изменения, которые не улавливаются при мелкомасштабном картировании.
Юго-западный район Курской области и западная часть Белгородской области характеризуются низким и средним содержанием гумуса (средневзвешенное значение — 4.2, с поправочным коэффициентом возрастает до 4.7). Это объясняется как провинциальными особенностями черноземов Украинской провинции (облегченный мехсостав, пониженное содержание гумуса), так и длительной историей их интенсивного сельскохозяйственного использования. Современное содержание гумуса входит в пределы градации, 4-7 %, указанной на картосхемах 1883 и 1983 гг., хотя и приближается к ее нижней границе.
В остальной части Белгородской области и на юге Воронежской преобладают черноземы со средним и повышенным содержанием гумуса. Среднее значение, 6.2 % — 7.0 %, соответствует верхней границе градации, указанной на картосхеме 1983 г., и граничной зоне между двумя градациями, примерно поровну представленными на картосхеме 1883 г.
Примечание к рис. 5.1. Обозначения агроэкологических районов: Б1 — Белгородский западный лесостепной;
Б2 — Белгородский северо-восточный лесостепной;
БЗ — Белгородский юго-восточный степной;
В1 — Воронежский северо-западный лесостепной;
В2 — Воронежский центральный лесостепной;
ВЗ — Воронежский восточный лесостепной;
В4 — Воронежский юго-восточный степной;
В5 — Воронежский юго-западный степной;
К1 — Курский юго-западный лесостепной;
К2 — Курский северо-западный лесостепной;
КЗ — Курский северный лесостепной;
К4 — Курский центральный лесостепной;
Л1 — Липецкий северо-западный лесостепной;
Л2 — Липецкий северо-восточный лесостепной;
ЛЗ — Липецкий юго-западный лесостепной;
Л4 — Липецкий юго-восточный лесостепной;
Т! — Тамбовский северный лесостепной;
Т2 — Тамбовский центральный лесостепной;
ТЗ — Тамбовский южный лесостепной.
*с поправочным коэффициентом 1.12.
К северу от них лежит полоса с преобладанием низко- и средне- гумусных черноземов. Среднее содержание в ней гумуса, % — 4.7 %, выходит за рамки градации 7-10 %, указанной для части этой территории на картосхеме 1883 г., и относится к нижней части градации 4.4-7.7 %, отмеченной на картосхеме 1983 г. Это позволяет предположить средние потери около 1.5-2 % гумуса за последние сто лет. Вероятно, их основной причиной является сильно выраженная в этих районах эрозия почв. Развитию эрозии здесь способствуют широкое распространение облегченных почвообразующих пород и мел-мергелистых подстиланий (см. рис. 2.3).
Центральную часть ЦЧО занимает вытянутая в широтном направлении полоса черноземов средней и повышенной гумусирован- ности. Свойственное ей среднее значение в 6.2% — 7.0% гумуса не попадает в градации 7-10% и 10-13%, указанные в картосхеме 1883 г., но вполне соответствует граничной зоне между этими градациями на картосхеме 1983 г. Таким образом, и здесь может идти речь о потере 1.5-2 % гумуса за последние 100 лет, что составляет примерно 1/5 — 1/6 часть его исходного состояния. Эти районы характеризуются незначительным распространением эрозии, поэтому основной причиной дегумификации, вероятно, является некомпенсированная минерализация гумуса.
Преобладание почв со средним и низким содержанием гумуса в агроэкологических районах и микрорайонах на стыке Курской, Липецкой и Воронежской областей, вероятно, связано с особенностями структуры их почвенного покрова и почвообразующих пород. Здесь довольно широко распространены серые лесные почвы и легкие почвообразующие породы. Средние современные значения содержания гумуса, 4.2 % — 4.7 % или 5.2 % — 5.8 %, совсем выходят за рамки градации 7-10%, преобладающей на картосхеме 1883 г. и представленной на картосхеме 1983 г. Вероятные изменения содержания гумуса за последние сто-сто двадцать лет составляют 1.5-2%. Дегумификация активно протекала и в последнее двадцатилетие.
В основной части Липецкой и северной половине Тамбовской области преобладают черноземы со средним и повышенным содержанием гумуса. Его среднее значение, 6.2 % — 7.0 %, находится на границе градаций 7-10% и 4.4-7.7 %, указанных соответственно на картосхемах 1883 и 1983 гг. Столетние изменения содержания гумуса оцениваются в 1-1.5%. Выделяются микрорайоны со средними значениями содержания гумуса 5.2-5.8 %, что объясняется как местными особенностями почвообразующих пород, так и локально ускоренной деградацией черноземов.
Особое внимание привлекает широкая полоса черноземов повышенной гумусированности, которая занимает южную половину Тамбовской области, северную часть центра Воронежской области и примыкающий к ним юго-восточный угол Липецкой области. Среднее значение содержания в них гумуса, 7.0 % — 7.8 %, значительно отличается от нижней границы градации 10-13 %, указанной для этой территории на картосхеме 1883 г., и в пределах граничной зоны градаций 7.7-11 % и 4.4-7.7 %, представленных на картосхеме 1983 г. Вероятные изменения в содержании гумуса за последние сто лет оцениваются в 2-3 %.
Эти наибольшие, в абсолютных величинах, потери для территории ЦЧО объясняются как исходно очень высоким содержанием гумуса в тучных черноземах, так и временным совпадением периода первичного обследования В.В. Докучаева с началом их интенсивного использования. Возможности повышения поправочного коэффициента на современные методы анализа содержания гумуса ограничены его нижним значением (1.12), поскольку промежуточная по времени картосхема основывается на определениях по Тюрину (коэффициент 1.10) и подтверждает обоснованность значений на картосхеме 1992 г.
Таким образом, хронологическое сопоставление даже мелкомасштабных картосхем содержания гумуса позволяет выявить основные тенденции его изменений и оценить вероятное распределение скорости изменения по территории региона. Точность получаемых оценок ограничивается размером градаций исходно заданной группировки почв и в данном случае не может превышать 1 % содержания гумуса, т.е. сделанные оценки имеют условно количественный характер. Возможная относительная ошибка составляет 30-100 %.
Сопоставлением современных парных разрезов по целинным и пахотным черноземам ЦЧО разных сроков и вариантов их использования занимались очень многие исследователи (Никанорова, 1953; Адерихин, 1964; Шевченко, 1966; Щербаков, 1967; 1978; Адерихин, Колтакова, 1972; Афанасьева, 1966; Щербаков, Рудай, 1983; Муха, 1988; 1990; Проценко, Проценко, 1993; Санжарова и др., 1993; Щеглов, 1995; и мн. др.). Большинство из них проводили сопоставление одного или нескольких агрогенных рядов/пар черноземов в пределах сравнительно небольших и однородных участков. Несколько работ включали сравнительно-географический анализ агрогенных трансформаций по территории черноземных областей (Адерихин, 1964; Щербаков, 1978; Щербаков, Рудай, 1983).
Все исследования агрогенных рядов черноземов показали наличие в них активных процессов дегумификации. Распашка целинных почв приводит к заметному уменьшению содержания гумуса как в пахотном, так и в полуметровом слое (Щербаков, Рудай, 1983). Особенно велики потери в первые годы после освоения (Афанасьева, 1964; Чесняк и др., 1983). Существует мнение, что за первые 5-10 лет после распашки черноземы могут терять примерно 1/3 исходного содержания гумуса, а затем его содержание относительно стабилизируется (Лебедева, 1992). В таблице 5.1 приведены данные по содержанию гумуса в некоторых агрогенных рядах черноземов ЦЧО и соседней с ним Сумской области.
По расчетам В.В. Егорова (1978), в пахотном слое черноземов ЦЧО ежегодно теряется 1-3 т/га гумуса. Суммарные потери гумуса за 23 года распашки оподзоленного чернозема приближаются к четвертой части его исходного содержания. В случае черного пара на обыкновенном черноземе подобные потери достигаются уже за 10-12 лет.
П.Г. Адерихин (1964) и В.В. Лаврентьев (1972) отметили наибольшую скорость минерализации гумуса в оподзоленных и выщелоченных черноземах лесостепной зоны ЦЧО, приписывая это влиянию биоклиматических условий.
По данным А.М. Гринченко и соавторов (1973), в первые годы использования мощного выщелоченного чернозема Сумской области заметное снижение содержания гумуса происходит лишь в пахотном горизонте. Сделанные по данным авторов пересчеты на слой 0- 50 см показали стабилизацию и даже легкое нарастание содержания гумуса за первые двенадцать лет их использования, что вызывает сомнение в строгости подбора возрастного ряда черноземов, поскольку входит в противоречии с общеизвестными данными по снижению запасов гумуса после распашки черноземов.
Тем не менее, приведенные возрастные ряды с двумя вариантами севооборота вызывают большой интерес и показывают двух- трехкратное возрастание скорости минерализации в паропропашном севообороте по сравнению с травопольным в первые 30-40 лет после распашки.
Важно отметить близкие значения квазистационарного содержания гумуса, которые достигаются в черноземах обоих севооборотов после 50-100 лет использования. Таким образом, наблюдается
Источник