Устойчивость органического вещества почвы
УСТОЙЧИВОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ К АНТРОПОГЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ В УСЛОВИЯХ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Л.А.Попова, к.э.н. И.М. Варпахович
Оптимизация гумусного состояния почв предполагает разработку таких приемов хозяйственной деятельности, которые могут создать условия для получения высокого и устойчивого урожая сельскохозяйственных культур без деградации почвенного плодородия. Оптимальное состояние почв оценивается рядом показателей, важнейшими из которых являются: содержание органического вещества, его запасы, обогащенность азотом (С : N), обогащенность кальцием, тип гумуса (Сгк : Сфк), уровень варьирования этих показателей [4].
Александрова Л.Н. и Юрлова О.В. [1] считают, что для создания и поддержания оптимального содержания и состава гумуса в пахотных дерново-подзолистых почвах необходимо систематическое применение органических удобрений не только как источника питательных веществ, но и как регулятора всех процессов гумусонакопления. Для оценки роли органических удобрений в оптимизации содержания и состава гумуса следует учитывать особенности их состава и характер трансформации различных типов органических остатков.
Основной способ установления оптимальных параметров плодородия почвы — это постановка специальных полевых опытов. Мы использовали микрополевой метод и метод площадок на хозяйственных посевах, которые позволяют в течение ротации севооборота исследовать влияние воздействия антропогенного фактора на почвенный покров и, используя статистические методы обработки, установить нормативы устойчивости органического вещества исследуемой почвы.
Для определения оптимальных и критических параметров почвенных свойств и их сочетаний использовали информационно-логический анализ, позволяющий в рамках анализируемой системы «почва-растение» выявить и количественно оценить силу, характер, направленность связи между урожаем или продуктивностью сельскохозяйственной культуры и свойствами дерново-подзолистой почвы, а также установить параметры плодородия почвы, специфичные определенным уровням урожайности.
Исследования проводили на землях сельскохозяйственных предприятий Архангельской области. Цель исследований — разработать нормативы устойчивости органического вещества дерново-подзолистых почв к антропогенным воздействиям в условиях Европейского Севера РФ. Выбор данного направления исследований связан с изучением и определением оптимальных параметров показателей устойчивости органического вещества, которые обеспечивают в почве благоприятный водно-воздушный, питательный, физико-химический, биохимический режимы и создают условия для получения высоких стабильных урожаев сельскохозяйственных культур, при этом сохраняя высокий уровень плодородия и экологической безопасности исследуемой почвы.
Для оценки устойчивости органического вещества почв Европейского Севера и определения уровня почвенного плодородия в условиях постоянных техногенных воздействий на почву необходимо знать почвенные показатели, критерии и пределы их значений (параметры), при которых почва, как компонент агроландшафта, эффективно используется сельскохозяйственными культурами.
Опытный участок (пашня) находился на дерново-слабоподзолистых среднесуглинистых почвах. Полевые опыты заложены в 5-польном севообороте. Возделываемые культуры — однолетние травы, картофель, ячмень с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1 и 2 года пользования. Изучали влияние совместного внесения органических в дозе 50 и 100 т/га и минеральных ^0Р60К8о удобрений на показатели, влияющие на устойчивость органического вещества почвы: содержание гумуса (Г), лабильных гумусовых веществ (ЛГВ), негумифицированного органического вещества (НВ), воздушно-сухих агрегатов (ВСА) размером 0,25-10 мм, плотность сложения (ПС). Определение агрохимических показателей проводили в слое 0-20 см.
Для проведения исследований использовали методики ВНИИЗиЗПЭ (2000, 2004), методические руководства Почвенного института им. Докучаева, ГОСТы, методы математической статистики: дисперсионный и корреляционный анализы (Доспехов Б.А., 1973), информационно-логический анализ (Карпачевский Л.О., 1970). Расчеты проводили на основе экспериментальных данных по содержанию в почве гумуса (ГОСТ 26213-91.), лабильных гумусовых веществ и их составу (метод Тюрина в модификации Почвенного института им. Докучаева), негумифицированного органического вещества (методика ВНИИ-ЗиЗПЭ), полученных при полевых и лабораторных исследованиях по формулам с использованием нормативных и справочных материалов. Для определения ПС почвы использовали весовой метод, содержания ВСА — метод Саввинова И.И.
В рамках анализируемой системы «почва—растение» выявлены характер и направленность связи между урожаем культур севооборота и компонентами органического вещества почвы. Отмечена очень сильная связь урожая картофеля с содержанием ЛГВ (Кэ = 0,38), НВ (Кэ = 0,19) и плотностью сложения почвы (Кэ = 0,21); урожая ячменя — с содержанием НВ (Кэ = 0,24) и плотностью сложения почвы (Кэ = 0,23); урожая многолетних трав — с содержанием НВ (Кэ = 0,26) и содержанием гумуса (Кэ = 0,18) (таблица 1).
На пашне в условиях севооборота под воздействием агрогенных факторов установлены параметры показателей устойчивости органического вещества дерново-подзолистой почвы, которые являются оптимальными, а значит, нормативными в условиях агроландшафтов Европейского Севера РФ. Оптимальные параметры показателей устойчивости органического вещества и энергетического состояния почвы выявлены на вариантах с максимальной урожайностью: для картофеля >50 т/га (N80P60K80 + 50 т/га ТНК); для ячменя >36 т/га зеленой массы (последействие 100 т/га ТНК); для многолетних трав >7,2 т/га сена (последействие 50 т/га ТНК).
1. Оценка степени связи между урожайностью сельскохозяйственных культур и показателями устойчивости органического вещества на пашне
Выявлены оптимальные соотношения компонентов органического вещества в зависимости от дозы органических удобрений и культуры севооборота и представлены в таблицах 2 и 3. При оптимальных соотношениях компонентов органического вещества (2-4% Снв и 96-98% Сг от Сов) и оптимальных параметрах гумуса (4,49-5,81%) на пашне система органического вещества дерново-подзолистой почвы в данных агроэкологических условиях устойчива.
2. Оптимальные соотношения между компонентами органического вещества дерново-подзолистой почвы на пашне (в слое 0-20 см)
3. Оптимальные соотношения между компонентами органического вещества и лабильной части дерново-подзолистой почвы (в слое 0-20см)
Установлено влияние агротехнических приемов на урожайность и показатели устойчивости органического вещества почвы.
Совместное внесение органических и минеральных удобрений оказало влияние на урожайность картофеля, содержание ЛГВ и соотношения между инертно-устойчивой и лабильной частями органического вещества почвы. Последействие их повлияло на урожайность зеленой массы ячменя, многолетних трав, на содержание НВ (ячмень), на содержание ЛГВ (многолетние травы), на ПС (многолетние травы).
Не выявлено влияния действия и последействия органических и минеральных удобрений на содержание гумуса (картофель, ячмень, многолетние травы), НВ (картофель, многолетние травы), ЛГВ (ячмень), ВСА (картофель, ячмень, многолетние травы), ПС почвы (картофель, ячмень); на соотношения между Г и НВ.
Определена устойчивость органического вещества (УОВ) дерново-подзолистой почвы в слое 0-20 см. Максимальная устойчивость ОВ почвы выявлена под картофелем — 176% (последействие 50 т/га ТНК) и 118% (последействие 100 т/га ТНК) и многолетними травами — 146% (50 т/га ТНК) и 117% (100 т/га ТНК). УОВ почвы под ячменем характеризовалась как средняя — 88% на удобренных и слабая — 59% на не удобренных участках.
Выявлено, что потенциальная способность к гумусообразованию на пашне в слое 0-20 см очень низкая, так как разность Сов — Сг значительно меньше 0,5%. Процесс трансформации ТНК, НВ в течение трех лет протекал со значительным преобладанием их минерализации. Реального накопления гумусовых веществ не происходило.
Определены оптимальные и критические параметры показателей устойчивости органического вещества дерново-подзолистой почвы. Выявлена сильная связь урожая картофеля с содержанием ЛГВ, НВ и плотностью сложения почвы; урожая ячменя с содержанием НВ и плотностью сложения почвы; урожая многолетних трав с содержанием НВ и гумуса. Сочетание интенсивности агрогенного фактора (для картофеля — N80P60K80 + 50 т/га ТНК; для ячменя — последействие 1-го года 100 т/га ТНК; для многолетних трав — последействие 2-го года 50 т/га ТНК) на почву и оптимальных параметров показателей устойчивости ОВ и соотношений между компонентами ОВ обеспечили получение максимальной урожайности и позволили сформировать устойчивую систему органического вещества дерново-подзолистой почвы на пашне (0-20см) в конкретных почвенно-климатических условиях.
1. Александрова Л.Н., Юрлова О.В. Методы определения оптимизации содержания гумуса в пахотных дерново-подзолистых почвах (на примере почв Ленинградской области) // Почвоведение. — 1984. — № 8. — С. 21-27. 2. Карпачевский Л.О., Вздунаев Н.А., Пузаченко Ю.Г. Возможности применения информационно-логического анализа при изучении почвы на примере ее влажности / Закономерности пространственного варьирования свойств почв и информационно-статистические методы их изучения. — М.: Наука, 1970. — С. 103-121. 3. Масютенко Н.П. Научные основы и методы оценки энергетического состояния почв в агроланшафтах. — Курск, 2004. — 60 с. 4. Почва и почвоведение. Часть 1. / Под ред. Ковды А.В. и Розанова Б.Г. — М.: Высшая школа, 1988. — С. 117-122.
Источник
Агрономическая оценка органического вещества почвы
Органическое вещество играет ведущую роль в формировании почвенного плодородия, создании благоприятных условий для роста и развития растений и жизнедеятельности микроорганизмов, снижении отрицательных последствий антропогенного воздействия на почву и повышении устойчивости земледелия при неблагоприятных климатических условиях.
С увеличением в почве содержания органического вещества возрастает устойчивость почвенного покрова и произрастающих на нем растений к воздействию негативных факторов (водная эрозия, дефляция, загрязнение, почвоутомление и т. д.). Это особенно отчетливо проявляется в экстремальных ситуациях. Например, на богатых гумусом почвах растения легче переносят отрицательное влияние засухи или избыточного увлажнения, по сравнению с почвами бедными органическим веществом.
Гумус будет выступать как фактор регулирующий биологическое состояние почвы, емкость катионного обмена и буферность, водно–физические свойства и характер почвенной структуры, ряд технологических параметров и т.д.
Качественная сторона этой проблемы в общих чертах хорошо известна. Что же касается количественных оценок, то здесь картина менее ясная. Необходимо признать, что система показателей гумусового состояния почв хоть и дает возможность всесторонне охарактеризовать особенности их органической части в генетическом аспекте, однако не позволяет идентифицировать агрономическую ценность ее различных компонентов. Поэтому наиболее целесообразным подходом к решению этой проблемы будет разделение всех органических соединений почвы на две большие группы: группу консервативных, устойчивых веществ и группу веществ лабильных легкоразлагаемых.
Группа консервативных органических веществ почвы включает гуминовые и гиматомелановые кислоты, их разнообразные органо–мине-ральные соединения и гумин, частично лигнин и его производные, некоторые полисахариды. Все эти компоненты органического вещества устойчивы к минерализации, существуют в почвах сотни и тысячи лет и обусловливают их типовые признаки, формирующиеся в течение длительного времени и сохраняющиеся в вековых циклах. От содержания, состава и свойств этих соединений зависят окраска почв, тепловой режим, водно–физические параметры, емкость поглощения и буферность, характер структуры, потенциальные запасы элементов питания. В питании растений они участвуют в малой степени, но создают для них благоприятную среду. Положительная агрономическая роль консервативных составляющих органического вещества наиболее наглядно проявляется в экстремальных ситуациях: в засушливые периоды, при переувлажнении и химическом загрязнении почв. Поэтому наиболее устойчивым оказывается земледелие на почвах с высоким содержанием гумуса.
Их роль в агрономическом отношении проявляется более отчетливо. В частности, дефицит лабильных форм органического вещества определяет состояние так называемой выпаханности почв, то есть ухудшение их питательного режима и структурного состояния.
Лабильное органическое вещество представляет собой наиболее изменчивую и динамичную часть органического вещества почвы формирующуюся под воздействием природных и антропогенных факторов.Влияние природных факторов проявляется через свойства почвы, особенности тепло- и влагообеспеченности, что в совокупности определяет условия развития и функционирования живых организмов, являющихся прямым источником лабильного органического вещества почвы. Роль антропогенного фактора проявляется через характер использования пахотных угодий (виды и дозы удобрений севооборот, обработка, мелиорация и т.д.) Очевидно, что наименее благоприятные условия для накопления лабильного органического вещества в почве создаются при экстенсивном использовании пашни.
В составе лабильного органического вещества (ЛОВ) целесообразно выделять две группы веществ существенно различающихся между собой содержанием, составом, свойствами, способами экстрагирования и агроэкологическими функциями. Одна группа представляет собой легкоразлагаемое органическое вещество (ЛОВ), вторая – подвижное органическое вещество (ПОВ).
Легкоразлагаемое органическое вещество включает в себя растительный опад, детрит, остатки почвенных животных и микроорганизмов, органические удобрения.
В агроценозах растительный опад состоит из свежих прижизненных и послеуборочных растительных остатков. Масштабы их поступления в почву варьируют в широких пределах от 1,0 т/га до 10,0 т/га в зависимости от культуры и технологии возделывания. В результате следующей частичной трансформации свежих растительных остатков формируется детрит в составе которого по-видимому увеличивается доля устойчивых к разложению компонентов типа целлюлозы и лигнина.
Основными видами органических удобрений, поступающих в пахотные почвы являются навоз на различной основе (солома, торф, опилки) торф, бесподстилочный навоз, сидераты, разнообразные компосты. Ежегодно накапливаемые запасы органических удобрений в среднем составляют около 4 т/га пашни сырого вещества. Между тем, среднегодовые рекомендуемые нормы внесения колеблются в пределах 8-20 т/га в полевых и кормовых севооборотах и 30-40 т/га в овощных.
Итак,главным источником легкоразлагаемого органического вещества в пахотных почвах являются прижизненные и пожнивные растительные остатки, а так же органические удобрения. Из них же образуется и большинство остальных форм лабильного органического вещества почвы.
Подвижное органическое вещество состоит из разнообразных органических соединений, являющихся продуктами биохимических процессов, протекающих в почве. Сюда относятся: неспецифические органические вещества, корневые выделения, продукты автолиза и метаболизма почвенной микрофлоры и микрофауны, прогуминовые вещества, новообразованные гумусовые соединения, гумусовые кислоты не прочносвязанные с минеральной частью почвы.
Неспецифические органические вещества представляют собой обширную группу соединений исходных органических (в первую очередь растительных) остатков и промежуточных продуктов от их трансформации. Сюда входят белки, полинуклеотиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, аминокислоты и другие компоненты. Содержание этих веществ в составе гумуса варьирует от 6 до 21 %, в торфе от 36 до 85 %, в навозе от 55 до 80 %. Хотя надо признать, что в целом эта группа веществ изучена еще недостаточно, особенно это касается количественных показателей.
Между тем, некоторые исследователи считают, что, например, в образовании гумуса черноземов весьма значительная и, может быть, определяющая роль принадлежит прижизненным корневым выделением степных трав. Корни выделяют разнообразные органические вещества: органические кислоты, аминокислоты, сахара, ферменты, витамины и др. Общее количество корневых выделений за период вегетации, по их мнению, достигает 10 % и более от растительной массы.
Новообразованные гумусовые вещества представляют собой группу соединений ежегодно формирующихся при гумификации органических остатков. Для них характерны большие молекулярные массы и высокая степень гетерогенности. Новообразованные гумусовые кислоты всегда более высокомолекулярны, чем гуминовые кислоты выделяемые из почвы, содержат больше азота, особенно, гидролизуемого, метоксильных групп и меньше ароматических компонентов и групп СООН.
Ежегодное новообразование гумусовых веществ заметно варьирует в зависимости от ряда причин. Здесь имеет значение количество растительных остатков, поступающих в почву и ее свойства, особенности агротехники, система удобрений, напряженность микробиологических процессов и ряд других факторов.
Гумусовые кислоты, непрочно связанные с минеральной частью почвы, обычно выделяются в качестве самостоятельного компонента органического вещества при анализе фракционного состава гумуса и идентифицируются как фракция 1. Содержание их варьирует в довольно широких пределах: в каштановых почвах – 5-6 %, в черноземах- 5-15 %, в дерново-подзолистых – 20-40 % от общего углерода почвы.
В пахотных почвах содержание непрочно связанных гумусовых веществ обусловлено не только их генетическими особенностями, но и существенно зависит от характера использования сельскохозяйственных угодий, особенно, от применяемой системы удобрений.
Увеличение содержания гумусовых веществ непрочно связанных с минеральной частью почвы может происходить двумя путями. В одном случае это осуществляется за счет новообразованных органических соединений, количество которых возрастает при оптимизации условий гумусообразования. Как правило, это происходит на фоне увеличения содержания общего гумуса почвы. В другом случае количество веществ фракции 1 возрастает за счет более прочносвязанных фракций, удерживаемых обменным кальцием и глинистыми минералами. Такая ситуация наблюдается, как правило, при ухудшении гумусового состояния почв и снижении содержания общего гумуса.
Присутствующие в почве непрочно связанные гумусовые соединения должны в определенной мере отличаться от новообразованных составом и свойствами, поскольку в той или иной степени подвергались воздействию почвенной биоты. Однако, их разделение для последующего исследования весьма проблематично, хотя количественная оценка возможна с помощью изотопных индикаторов.
Источник