Дегумификация почв
Процесс дегумификации почв известен давно, однако его количественная оценка и планетарные масштабы вскрыты лишь в последние годы.
Уничтожение естественной растительности и распашка целинных земель приводит к резкому изменению всего биологического круговорота веществ и гидротермического режима в экосистеме, в том числе резко меняется биогеохимический цикл углерода (рис.
1 — при внесении различных доз удобрений
2 — различные уровни дефицитного баланса
Рис. 6.1. Изменение гумусированности почв во времени
Основными приходными статьями баланса гумуса пахотных почв являются послеуборочные пожнивно-корневые остатки (обычно не более 20 — 30% от выносимого), опад, органические удобрения, поступления с атмосферными осадками. Основная расходная статья баланса гумуса — его минерализация. Потери с поверхностным и внутрипочвенным стоком компенсируются чаще сего привносом с атмосферными осадками.
Первым результатом распашки почв является резкое снижение их гумусированности. Обычно в течение нескольких первых лет распашки запас гумуса в почве снижается на 25 — 50 % от исходного на целине. Последующая эволюция гумусного состояния почвы определяется используемой технологией земледелия.
С одной стороны, в условиях использования ресурсосберегающих технологий, направленных на эффективное ведение хозяйства и расширенное воспроизводство почвенного плодородия, наблюдается стабилизация гумусного состояния или даже его улучшение по сравнению с исходной целиной. Формируются почвы — огородные, садовые, плантационные, польдерные, поливные, выделяемые в настоящее время в мировой систематике почв в особый класс антропосолей, в Западной Европе их называют по-разному: плаггенеши, культосоли, хортисоли, ригосоли.
С другой стороны, показано, что вынос органических веществ в агроценозах всех стран составляет 1 — 2 % ежегодно.
В Российской Федерации на долю почв с низким содержанием гумуса приходится почти половина пахотных почв, с критическим уровнем — 15 %. В нечерноземной зоне доля последних возрастает до 45 %. В Московской области, за период 1987 — 1999 годы доля почв с низкой обеспеченностью гумусом возросла с 26 % до 40 %. (Деградация и охрана почв. 2002.).
Был оценен глобальный процесс дегумификации педо- сферы планеты в исторической перспективе (Б.Г. Розанов, А.Б. Розанов, 1990). До того как деятельность человека начала играть важную роль в эволюции почв, средняя мощность гумусного слоя составляла 0,5 м, средняя плотность почвы— 1,3 г/см 3 , среднее содержание органического углерода — 2,0 %, средний запас органического вещества — 13 000 т/км 2 , общий запас органического углерода в гумусе планеты — 1700 млрд т.
Современное состояние в почвах, подвергшихся воздействию человека, оценивается так: 1) в пахотных почвах мира (15 млн км 2 ) средняя мощность гумусового слоя 0,5 м, средняя плотность — 1,2 г/см 3 , среднее содержание органического углерода — 1,5%, средний запас органического углерода — 900 т/км 2 , общий запас органического углерода — 135 млрд т; 2) в антропогенном бедленде мира (бывшие продуктивные земли, трансформированные человеком в пустыни, занятые водохранилищами, дороги, карьеры и т. д.) параметры гумусного состояния почв иные: средняя мощность гумусного слоя — 0,1 м, средняя плотность — 1,4 г/см 3 , среднее содержание органического углерода — 0,25 %, средний запас органического углерода — 7 млрд т.
В почвах, не подвергавшихся воздействию человека, запас гумуса остался стабильным и оценен авторами в 1290 млрд т органического углерода. Итого, современный общий запас органического углерода в почвенном покрове планеты составляет 1432 млрд т.
Таким образом, за 10 000 лет почвенный покров мира потерял органического углерода 253 млрд т вследствие антропогенного воздействия, 60 млрд т за счет современных пахотных земель, а в целом потери составили 313 млрд т, что соответствует 16 % от его исходного запаса 10 000 лет назад.
Расчеты показали динамику процесса потери почвами органического вещества за период земледельческой цивилизации: 1) утрачено 313 млрд т углерода за 10 000 лет со средней скоростью 31 млн т/год; 2) 90 млрд т углерода за последние 300 лет со средней скоростью 300 млн т/год; 3) 38 млрд т углерода за последние 50 лет со средней скоростью 760 млн т/год.
Таким образом, современная скорость дегумификации почвенного покрова планеты за последние 50 лет возросла почти в 25 раз по сравнению со средней многовековой скоростью.
Многими исследованиями показано 4 — 6-кратное превышение скорости разложения почвенного органического вещества в тропиках по сравнению с умеренными широтами. Это, в частности, означает, что прогнозируемое повышение глобальной температуры на несколько градусов в связи с парниковым эффектом приведет к резкому усилению дегумификации почв умеренного пояса.
Следствием потери гумуса является снижение запасов и доступности для растений и микроорганизмов элементов питания, снижение активности микроорганизмов, ухудшение структуры почвы, газообмена в них, окислительно- восстановительных условий.
С потерей гумуса связана утрата почвой ее агрономически ценрой структуры. Гумусовые вещества — важнейший фактор формирования почвенных агрегатов, проявляющих устойчивость при разных видах эрозии почв. В.Р. Вильямс отмечал, что существенным фактором склеивания механических элементов почвы в структурные отдельности является свежеосажденный перегной (источником которого является корневая система многолетних трав), который в присутствии ионов кальция играет роль цемента в связывании почвенных частиц.
Есть и другая сторона у явления дегумикации почв. Потеря гумуса почвенным покровом сопровождается повышением концентрации диоксида углерода в атмосфере. Вероятная оценка прибавки СО2 в атмосфере за счет минерализации почвенного гумуса составит около 1000 млрд т, что весьма существенно для развития парникового эффекта наряду с другими факторами (сжигание ископаемого и живого органического топлива, эмиссия закиси азота и техногенных аэрозолей, метаногенез). Парниковый же эффект вызовет потепление климата, а это, в свою очередь, будет способствовать повышению темпов дегумификации почв. Представляется реальной опасность глобального ускорения процесса дегумификации почв. Развитие процесса дегумификации рассматривается исследователями как расширяющаяся спираль с непредсказуемыми негативными экологическими последствиями, вплоть до катастрофических.
Источник
Процесс дегумификации.
Повышение и поддержание почвенного плодородия — одна из сложных и важнейших задач практической и теоретической работы земледельцев и ученых, тем более в условиях дороговизны и нехватки минеральных удобрений, горюче-смазочных материалов, техники и малого использования органических удобрений. Особенно остро эта проблема всегда стояла для черноземов. Многие десятилетия нашей истории использование их потенциального богатства, естественного состояния было едва ли не единственным источником поддержания жизненного уровня страны. Не затрагивая предреволюционную историю России, можно с уверенностью сказать: русский чернозем взял на себя бремя послереволюционного восстановления разрухи, коллективизации, индустриализации и послевоенного подъема народного хозяйства. Среди многих почв мира чернозем уникален. Он способен долгие годы сохранять свою производительную силу, создавая урожай растений без внесения удобрений. Важнейшим источником такой природной силы чернозема является его богатство органическим веществом.Последние десятилетия, и особенно в наши дни, гумусовое состояние черноземов привлекает внимание исследователей с точки зрения деградационной дегумификации черноземов. Снижение запасов гумуса в черноземах многие считают национальной экологической катастрофой. Проблеме дегумификации посвящены многие работы, в том числе и доклады последнего съезда почвоведов России в Суздале в 2000 г.Факт снижения гумусового содержания в черноземах в XX в. является достоверным и не вызывает сомнения. Однако географическая парадигма развития почв состоит в следующем: в процессе генезиса каждая почва и все ее свойства стремятся к устойчивому равновесию с окружающей средой.Почвы, достигшие равновесия с окружающей средой, называют «климаксными». При неизменности факторов почвообразования вся система находится в стабильном состоянии, поддерживаемом обменом веществ и энергии между почвой и окружающей средой.Изменения же в окружающей среде неизбежно вызывают перестройку всей почвенной системы. В климаксных целинных почвах стабильно равновесие: поступление органических остатков — гумификация – минерализация гумуса. Это устоявшееся веками равновесие сохранялось до распашки черноземов. Резкое нарушение равновесия связано с сокращением притока органических веществ с пожнивными и корневыми остатками культурной растительности, что неизбежно вызывает процессы дегумификации. В силу закона не прямолинейности, а парабололинейности условий почвообразования и свойств почв, в начальные периоды антропогенезного развития почвообразовательного процесса наблюдается резкое снижение запасов гумуса в черноземах. Затем темпы дегумификации ослабевают до установления климаксного равновесия: поступление пожнивных и корневых остатков в почву – гумификация – дегумификация. Чем выше урожайность сельскохозяйственных растений, чем больше органического вещества (в том числе и соломы, оставленной на черноземных почвах), тем скорее наступает устойчивое равновесие: гумификация – дегумификация. Внесение органических удобрений и посев трав ускоряют этот процесс.Оптимальные дозы навоза должны быть не менее 10 т/га в год, что не выполнимо при современном уровне животноводства и механизации сельского хозяйства. Урожайность же пшеницы в богарных условиях, приближающаяся по количеству оставляемого в почве органического вещества к целинной степи, должна составлять не менее 60 ц/га. Для такой урожайности необходимо среднегодовое количество атмосферных осадков около 600 мм. Пары не решают проблему, так как дегумификация на паровых полях происходит особенно интенсивно. Для черноземов остается актуальным тезис: борьба за влагу – борьба за урожай, и как следствие этого — противодействие явлениям дегумификации.В разных почвах степной зоны темпы дегумификации неодинаковы. Давно известен факт: более богатые в прошлом черноземы теряют гумус намного больше, чем малогумусные подтипы. Это достоверно подтверждено и исследованиями за последние десятилетия. По мере снижения содержания в почвах органического вещества темпы дегумификации снижаются. Отсюда неизбежно следует вывод, что в земледелии обязательно наступит период стабилизации гумусового состояния черноземов в соответствии с относительной стабилизацией культуры земледелия.Таким образом, почвенное плодородие после освоения целинных угодий под пашню находится в резком несоответствии с возникшими новыми условиями, новым соотношением компонентов биогеоценоза. Имеющийся фактический материал позволяет констатировать при современной системе земледелия резкий сдвиг продуктивности почв:а) в сторону уменьшения потенциального плодородия – черноземы;б) в сторону повышения потенциального плодородия – подзолистые почвы, сероземы, светло-каштановые и др.Следовательно, процесс окультуривания почв, заключающийся в изменениях почвенных свойств, при одной и той же системе земледелия может приводить как к уменьшению, так и к повышению потенциального плодородия, определяемого богатством почв. Безусловно, все освоенные черноземы менее богаты, чем целинные почвы, и окультуривание, вероятно, не даст того обогатительного результата, какого может достигнуть луговая черноземная степь. Остальные почвы (в зависимости от культуры земледельца) становятся при освоении в пашню:окультуренными, более плодородными, чем естественные почвы;культурными – глубоко преобразованными с утратой некоторых природных свойств и приобретением новых благотворных качеств;ухудшенными, выпаханными, истощенными, менее плодородными, чем естественные почвы.При освоении целинных почв скорость преобразования свойств почв во времени неодинакова. С годами она меняется.При окультуривании почв можно различать следующие стадии:1.Стадия резкого несоответствия почвенных свойств и агроценозов.Развивается в начальный период освоения почв. Происходит весьма интенсивное изменение почвенных свойств. Запасы гумуса или резко уменьшаются, или резко возрастают.2.Стадия постепенных изменений почвенных свойств наступает по мере уравнивания несоответствия почвенных свойств и агроценозов. 3.Стадия равновесия: почвенные свойства — агроценозы. На этой стадии обогащение почвы за счет растительных остатков, вынесения удобрений и жизнедеятельности агроценозов компенсируется минерализацией и отчуждением веществ с урожаем.Плодородие почв с культурными биоценозами развивается вместе с развитием производительных сил. Каждому уровню развития производительных сил соответствует своя продуктивность агроценозов. Это понятно, так как объем биологического круговорота определяется интенсивностью сельскохозяйственного использования. Данная черта является важнейшей в антропогенном почвенном процессе.Какую же почву можно назвать окончательно окультуренной, т.е. вступившей в равновесие с агроценозами? Несомненно, несмотря на однотипность воздействия агроценозов на почвы, последние не потеряют черт предшествующих естественных стадий развития. В пашне черноземы всегда останутся черноземами, сероземы — сероземами, лесные почвы — лесными. И каждый почвенный тип в равновесном окультуренном состоянии будет иметь свои неповторимые черты. Судить об окончательном равновесии окультуренной почвы трудно, так как системы земледелия неравноценны по воздействию на почвы, а смена систем земледелия происходит раньше, чем почвы успеют прийти в равновесие. Почвенные процессы имеют цикличность порядка 100–1000 лет. Системы воздействия человека на почву меняются значительно быстрее. Почвы, не успев вступить в равновесие, вновь обретают способность к трансформации.В положительном решении сохранения экологического равновесия в системе «почва–растение» существенное значение имеют биологические особенности культур, корневые и пожнивные остатки которых на пашне являются практически единственными естественными источниками восполнения гумуса и элементов минерального питания. Определено, что более всего остается в почве остатков люцерны, озимой пшеницы по чистому пару, подсолнечника, менее других — гороха и ярового ячменя. При повышении урожайности культур, в частности от внесения удобрений, масса пожнивных и корневых остатков также увеличивается, но в меньшей степени.Из сельскохозяйственных растений наиболее эффективно на гумусообразование влияют многолетние травы. В почвах под травами среднегодовой прирост гумуса составляет 1,5–2,0 т/га. Однако для кардинального решения гумусовой проблемы необходим комплексный подход к биологическим объектам — почвенным производным и абиотической среде, к профильно-генетической и сравнительно-географической оценке почвы при учете пространственной и временной вариабельности ее свойств. Основой сохранения почвенного плодородия и охраны окружающей среды является рациональное и экологически безопасное применение удобрений, комплекса противоэрозионных мероприятий, оптимальное сочетание сельскохозяйственных культур с различными биологическими свойствами в севооборотах.Полная утилизация и включение в биологический круговорот всех растительных остатков — первое условие. Нельзя допускать бесполезного и вредного сжигания жнивья и соломы. Горение — самый быстрый и бесполезный способ высвобождения биологической энергии. Сгорает не только стерня, но и гумус поверхностных слоев, снижается биологическая активность почвы. Далее, внесение минеральных удобрений — важнейший прием повышения урожайности и, следовательно, емкости биологического круговорота.Наконец, в современных севооборотах даже с полями многолетних трав нельзя обойтись без применения всякого рода органических удобрений, отходов животноводческих ферм, биотехнологических производств и т.д. Все органическое вещество, образованное с помощью почвенного плодородия, необходимо возвращать почве. Травопольные севообороты (где возможно), минеральные и органические удобрения, полное включение в почвообразование растительных остатков при высокой урожайности сельскохозяйственных культур — залог бездефицитного расширенного воспроизводства гумусового состояния почв, т.е. расширенного воспроизводства почвенного плодородия.Драматизировать дегумификацию как катастрофический процесс, полагаем, не стоит. Важнее другое: происходит ли снижение урожайности растений при одинаковых уровнях экономических затрат. Ретроспективный анализ урожайности зерновых культур и производства зерна на Северном Кавказе показывает: несмотря на явные факты дегумификации черноземов, исторически, рост урожайности неизбежен.Несмотря на наблюдаемую многие десятилетия потерю гумуса в черноземах (дегумификацию), эффективное экономическое плодородие черноземов неуклонно имеет тенденцию к росту. Это связано с исторически неизбежным преобразованием производительных сил и производственных отношений. Решающее значение в повышении производства сельскохозяйственной продукции сыграли биологическое преобразование сортового фонда земледелия и его агрохимическая оптимизация, связанная с ростом производства минеральных удобрений и их научно-эффективным использованием.Главным фактором производительности в сельском хозяйстве становятся в этих условиях складывающиеся погодные характеристики каждого года.Дегумификация является неизбежным процессом для почв, имеющих в естественном состоянии высокие запасы гумуса. Это в первую очередь касается черноземов. Практика сельскохозяйственного производства свидетельствует: при высокой культуре земледелия и насыщенности севооборотов многолетними травами малогумусные почвы, а также рекультивируемые горные породы, имеют тенденцию к росту содержания органических веществ в корнеобитаемом слое. Высокая урожайность сельскохозяйственных растений — залог стабилизации гумусового состояния почв.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Источник