Каковы главные показатели гумусового состояния почв

При высоком уровне интенсификации земледелия влияние органического вещества почвы на урожайность проявляется через сложные системные взаимодействия, которые обусловливают, в частности, разрешающую способность почвы по отношению к усиливающейся химизации. В связи с этим наряду с физико-химическими аспектами на первый план выходят биологический и экологический, в особенности для преодоления большой пестицидной нагрузки. Весьма важны также энергетический и экономический аспекты поскольку затраты механической энергии на обработку почвы в большой мере определяются гумусовым состоянием.

Наиболее целесообразным подходом к выявлению агрономической ценности гумуса и его составляющих можно считать разделение всех органических соединений почвы на две большие части: группу консервативных, устойчивых веществ и группу лабильных соединений. Первая группа объединяет специфические гумусовые вещества, которые характеризуют типовые признаки почв и перечисленные их физико-химические и физические характеристики. Эти вещества участвуют в питании растений в малой степени, но создают для них благоприятную среду. Положительная агрономическая роль консервативных составляющих почвенного гумуса наиболее наглядно проявляется в экстремальных ситуациях: в засушливые периоды, при химическом загрязнении почв. Поэтому наиболее устойчивым оказывается земледелие на почвах с высоким содержанием гумуса.

Вторая группа органических веществ почвы, лабильные компоненты которой непосредственно участвуют в питании сельскохозяйственных растений, формируют водопрочную структуру почвы, служат энергетическим материалом для микроорганизмов, проявляется в агрономическом отношении более отчетливо. По компонентному составу она подразделяется на легкоразлагаемое органическое вещество (ЛОВ) и лабильные гумусовые вещества (ЛГВ). К легкоразлагаемому органическому веществу относятся неразложившиеся остатки растительного и животного происхождения, детрит и органические удобрения. Лабильные гумусовые вещества включают неспецифические органические соединения разнообразной природы, прогуминовые и новообразованные гумусовые вещества, гумусовые вещества, непрочно связанные с минеральной частью почвы.

Дефицит лабильных форм органического вещества в почвах определяет состояние так называемой выпаханности, т.е. резкое ухудшение питательного режима и структурного состояния. Поэтому первоочередное значение приобретают мероприятия, направленные на поддержание в почве определенного количества лабильного органического вещества.

Нормативы оптимального содержания лабильного органического вещества в почвах при различном их использовании должны разрабатываться зональными научными учреждениями.

Емкость катионного обмена является одной из интегральных агрономических и экологических характеристик почв. Емкостью катионного обмена в значительной степени обусловлена буферность почв. С емкостью катионного обмена связывается устойчивость почв к антропогенным воздействиям, в частности, к химическому загрязнению. По возрастающей степени устойчивости к антропогенному воздействию почвы разделяются на пять групп: 1) с ЕКО менее 10 мг-экв/100 г почвы; 2) 10…20; 3) 21…30; 4) 31…40; 5) более 41 мг-экв/100 г почвы.

В оценке состава обменных катионов наибольшее значение имеют ионы Са 2+ , Мg 2+ , Na + , Н + , Al 3+ . Первые три относят к обменным основаниям. Водород и алюминий обусловливают гидролитическую кислотность, поглощенный натрий и повышенное количество магния – солонцеватость почв. Состав обменных катионов во многом определяет физические свойства почв.

Кислотно-основное состояние обусловливает многие особенности поведения элементов в почве, с ним связаны режимы органического вещества и элементов минерального питания, подвижность соединений (в том числе токсичных для растений). Реакция почвенного раствора оказывает и прямое действие на культуры.

Негативное влияние повышенной кислотности на растения проявляется через недостаток кальция, повышенную концентрацию токсичных для растений ионов Al 3+ , Mn 2+ , Н + , изменение доступности для растений элементов питания, ухудшение физических свойств почвы, снижение ее биологической активности. В кислых почвах увеличивается растворимость соединений Fe, Mn, Al, B, Cu, Zn, избыток которых отрицательно влияет на растения. Высокая кислотность снижает доступность молибдена. Усвояемость фосфора максимальна при рН 6,5, в более кислой и более щелочной среде она снижается. Кислая среда ухудшает азотный режим почвы, угнетая процессы аммонификации, нитрификации, азотфиксации. Для этих процессов оптимум рН лежит в интервале 6,5…8,0. Особо негативную роль в кислых почвах играет алюминий. При рН 4 содержание алюминия в почвенных растворах достигает токсичных концентраций для большинства растений, в то время как питательные растворы с рН 4 не имеют такого действия. Близкие эффекты при низких рН оказывает марганец.

На щелочных почвах ухудшается фосфатный режим, возникает дефицит некоторых микроэлементов (Zn, Fe, Mn, Cu). При высокой щелочности возрастает растворимость гумусовых веществ и ухудшаются физические свойства почв. Сильнощелочная реакция неблагоприятна для большинства растений.

Реакция почвенного раствора определяется потенциометрически в водной или солевой вытяжке. Различают почвы: очень сильнокислые (рН_сол менее 4,0); сильнокислые (4,1…4,5); среднекислые (4,6…5,0); слабокислые (5,1…5,5); нейтральные (5,6…7,4); слабощелочные (рН_вод 7,5…8,5); сильнощелочные (8,6…10,0); резкощелочные (10,1…12,0). Оптимальные значения рН для разных культур зависят от содержания гумуса, гранулометрического состава, обеспеченности растений элементами минерального питания.

Потенциальная кислотность обусловлена ионами водорода и алюми­ния, находящимися в обменно-поглощенном состоянии в ППК. В зависимо­сти от способа определения подразделяется на обменную (вытеснение Н + и Аl 3+ нейтральными солями) и гидролитическую кислотность (вытеснение гид­ролитически щелочными солями). Значение гидролитической кислотно­сти используется при расчете доз мелиорантов.

Степень насыщенности почвы основаниями (процент обменных катионов от ЕКО) используется при оценке потребности в извествовании.

Актуальная щелочность обусловлена наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей (иона ОН — ). В зависимости от источника ОН — различают щелочность от нормальных карбонатов, от гидрокарбонатов и общую (суммарную), которые различаются по граничным значениям рН, определяются титрованием в присутствии соответствующих индикаторов и выражаются в мг-экв/100 г почвы.

Источник

Гумусное состояние почв

В связи с тем, что гумус является одним из главных источников элементов питания растений, от его содержания зависит плодородие почвы. Гумусовые вещества влияют на химические, биологические, физические свойства почвы, способствуют созданию благоприятного водно-воздушного режима. Вместе с тем гумусовые вещества довольно быстро изменяются под влиянием окультуривания. В настоящее время самой большой экологической проблемой пахотных почв является проблема дегумификации – уменьшение содержания гумуса в пахотных горизонтах. Процесс снижения содержания и запаса гумуса при введении целинных почв в культуру можно сказать известен, и общие закономерности этого процесса были освещены в монографиях И.В.Тюрина, М.М.Кононовой. Этому вопросу были посвящены работы казахстанских авторов.. Несмотря на это, проблема гумуса продолжает оставаться в поле зрения исследователей до настоящего времени, т.к. почвенное плодородие, как интегральный показатель свойств почв, обусловлено гумусным состоянием почв. Эта проблема актуальна и в связи с усилением техногенной нагрузки на почвенный покров. Нами были проведены стационарные исследования по изучению гумусного состояния черноземов и темно-каштановых почв Кустанайской и Акмолинской областей, составляющих основной земельный фонд Казахстана. В качестве исходных данных для рассмотрения состояния гумуса в освоенных почвах взяты показатели гумусированности целинного варианта, как на черноземах, так и темно-каштановых почвах. Для чего на исследуемых целинных участках и пашнях разного срока использования и вида обработки были заложены почвенные разрезы. Образцы почв отбирались через каждые 10 см до глубины 1,5 м в 8-10 кратной повторностях. Кроме того, в связи с тем, что почвы характеризуются большой пестротой, были отобраны на целине и пахотных черноземах 400 образцов для специальных статистических обработок. Анализы почвы проводили общепринятыми методами. При обработке экспериментального материала использованы методы вариационной статистики. Гумусное состояние почв – это совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиля. Система показателей, оценивающих гумусное состояние почв, включая уровни содержания и запасов органического вещества почв, его профильное распределение, обогащенность азотом, степень гумификации, типы гумусовых кислот и их особые признаки, была предложена Л.А.Гришиной и Д.С.Орловым. По совокупности этих показателей можно судить о направлениях и темпах гумификации, а также характеризовать гумусное состояние конкретной почвы. Основным источником образования гумуса являются органические остатки. Существует взаимосвязь между содержанием растительной биомассы и содержанием гумуса. По нашим исследованиям на целине запасы растительных остатков в метровом слое в черноземах составляют 25-30, темно-каштановых почвах 20-25 т/га. Главная масса корней сосредоточена в верхнем 0-20 см слое почв. Распашка целины привело к усиленному разрушению корневых остатков. В старопахотных почвах даже за 10 лет освоения запасы корней значительно снизились и составили в черноземах 8-10т/га, темно-каштановых почвах 5-8 т/га. С изменением общих запасов корней связана динамика гумуса. Содержание гумуса в целинной темно-каштановой почве и в почвах первого года освоения различаются незначительно, в верхнем горизонте оно составило 4,48; 4,19% соответственно, старопахотные почвы – 3,45%. Соответственно содержанию гумуса изменяется и содержание азота по вариантам: на целине — 0,29%; под пшеницей по пласту — 0,26%; на старопахотных почвах — 0,20%. Почвы более длительного срока освоения характеризуются более широким отношением С:N. Черноземные почвы Северного Казахстана после освоения целины за 40-45 лет утратили из пахотного слоя 0-20 см 30-35% гумуса от исходного его содержания.

Специальные исследования показали, что снижение гумуса не ограничивается пахотным слоем. Выше приводятся данные по пашне 35-40 лет освоения. За эти годы содержание гумуса снижалось и в глубоких слоях, незатронутых обработкой, так в слое 20-50 см оно снизилось на 24%, а в слое 50-100 см на 16% (табл. 1). Такая же закономерность обнаружена и в почвах других вариантов и также почвах еще более длительного времени использования.

Наиболее интенсивно процесс распада гумуса идет в пахотных горизонтах и уменьшается с глубиной. На глубине 2-30 см гумус наименее подвержен изменениям. Это справедливо как для почв 20 лет и 50 лет освоения. Начиная, с глубины 30 см и до глубины 60 см идет постепенное снижение гумуса, с глубиной. Подсчет запасов гумуса показал, что в верхнем 0-30 см слое целинной почвы запасы гумуса составляют в черноземах –195-200, темно-каштановых почвах – 100-105 т/га. Общий расход гумуса под культурой пшеницы за период 30-40 лет составил 29,9 т/га, а ежегодный расход 0,55 т/га. Причем снижается не только общее количество гумуса, а теряется наиболее активные и ценные для плодородия его части: подвижные гумусовые вещества. Происходит изменение и подвижных гумусовых веществ – наиболее молодых форм гумуса, которые непрочно связаны с минеральной частью почвы, содержат повышенное количество гидролизуемого азота, обладающего способностью быстро трансформироваться и высвобождать азот для растений (табл. 2).

По сравнению с целинной почвой количество подвижных гумусовых веществ на пашне как в черноземах, так и темно-каштановых почвах снизилось на 30-35%.Установлены следующие параметры содержания гумуса – минимальный уровень стабилизации гумуса в черноземах 4,55%, в темно-каштановых почвах – 3,55. Оптимальные уровни содержания гумуса в почвах черноземах 5,5-6,0%, темно-каштановых 3,5-4,0%, что подтверждается исследованиями и других авторов. Наряду с изменением количества гумуса происходит изменение его качественного состава. В составе гумуса черноземов и темно-каштановых почв преобладают гуминовые кислоты, а среди них связанные с кальцием (табл. 3).

Анализ фракционного состава гумуса черноземов и темно-каштановых почв интенсивно используемых в земледелии по нашим данным и материалам других исследователей показал общее относительное увеличение содержания гумусовых веществ в средней части гумусового горизонта, что определяется значительным возрастанием гуминовых кислот второй фракции. Содержание гуминовых кислот первой фракции невелико и приурочено в основном к верхней части профиля. Содержание гуминовых кислот третьей фракции, связанных с глинистой фракцией, не очень значительно и слабо дифференцировано в профиле почв. Наиболее существенную и определяющую роль в составе гумуса изученных почв играют гуминовые кислоты второй фракции. Общее содержание фульвокислот составляет 20-25%, вниз- почвенного профиля несколько увеличивается. Значительную часть гумуса (30-45%) прочно связана с гумином – нерастворимым остатком и не извлекается при обработке щелочами и кислотами. В темно-каштановых почвах качественный состав гумуса изменился следующим образом, в старопахотной почве сумма гуминовых кислот в слое 0-10 см составляет 32,51% к общему углероду, сумма фульвокислот 23,38%, а в целинной почве в том же слое 29,90 и 24,11% соответственно. Преобладающая часть гумуса представлена также специфическими гумусовыми веществами, связанными с поглощенным кальцием. Как в черноземах, так и темно-каштановых почвах снижение содержания гумуса сопровождается уменьшением всех групп гумусовых веществ, отнесенных к массе почвы. Таким образом, длительное использование почв в земледелии привело к изменению гумусного состояния пахотных почв. Это обусловлено рядом причин. Снижение содержания гумуса в пахотном слое почв примерно на 1/3 его количества является естественным природно-экологическим следствием распашки целинных почв. Этому способствуют многие факторы: сокращение количества поступающих в почву растительных остатков, изменение количественного и качественного состава зольного обмена в системе почва-растительность, изменение процессов трансформации растительных остатков в связи с изменение экологической обстановки, применение севооборота без травяного клина. Одним из главных причин считают эрозию почв. Если бы не было эрозии, то содержание гумуса в черноземе как в агроэкосистеме стабилизируется на определенном уровне через 15-20 лет и оно не представляло бы угрожающего явления.

Источник