Влияние антропогенного воздействия на изменение состава органического вещества торфяных и выработанных почв

Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 2 (33), 2013 г. УДК 631.445.122: 631.423.4.

Влияние антропогенного воздействия на изменение состава органического вещества торфяных и выработанных почв

Анна Владимировна Смирнова, научный сотрудник

ФГУП Кировская лугоболотная опытная станция Россельхозакадемии,

п. Юбилейный, Кировская область, Россия

E-mail: klosagro@mail.ru

Представлены результаты исследования изменения свойств торфяной и выработанной почвы в процессе долголетнего использования под различными сельскохозяйственными культурами.

Ключевые слова: торфяная почва, выработанная почва, органическое вещество, гумусовые вещества, плодородие почвы

Торфяные почвы по своей природе богаты органическим веществом. В Волго-Вятском экономическом регионе они занимают более 1 млн га. Использование их в сельском хозяйстве возможно только после проведения осушительной мелиорации.

Под влиянием осушения и длительного сельскохозяйственного использования органогенных почв процессы почвообразования сменяются процессами минерализации, эрозии и дальнейшей гумификации, что приводит к постепенному уменьшению мощности торфяного слоя и качественному преобразованию органического вещества торфа [1, 2].

Цель исследований - изучение изменения агрохимических свойств и состава органических веществ торфяной и выработанной почвы под влиянием сельскохозяйственных культур.

Материал и методы. Для изучения состава органического вещества был выбран типичный для Северо-Востока Нечерноземья осушенный низинный торфомассив «Гадовское», расположенный в центральной части Кировской области. Объектом наших наблюдений являлся многолетний мелиоративный стационар, на котором расположены варианты с контрастным способом использования: пропашные культуры бессменно - 35 лет, многолетние травы бессменно - 35 лет, пар чистый бессменно - 35 лет, долголетнее культурное пастбище бессменно - 75 лет и два объекта, расположенные на выработанной части торфомассива.

Состав органического вещества (ОВ) определяли по схеме, предложенной В.Н. Ефимовым и М.Г. Васильковой [3] с применением методов Анстета в модификации Пономаревой-Николаевой, по И.В.Тюрину, по Кьельдалю [4].

Результаты и их обсуждение. Все

изучаемые объекты имеют сходный ботанический состав и относятся к лесотопяному подтипу, к древесно-осоковой группе. Результаты обследования разрезов целинных, освоенных и выработанных почв, при сходстве по ботаническому составу, дают все основания считать, что изменение состава и свойств почв связаны с длительным их освоением.

В процессе освоения торфомассива, сработки торфяного слоя и активизации микробиологической деятельности в исследованных нами почвах происходили значительные изменения физико-химических свойств.

При бессменном возделывании многолетних трав и пропашных культур за 35 лет в пахотном горизонте происходило увеличение зольности: на целине - 10,2%, под многолетними травами - 20,2%, под пропашными культурами - 28,8%. Повышение зольности происходило, главным образом, за счет минерализации органического вещества, т.к. технология производства пропашных культур требует большого количества операций по рыхлению почвы, что приводит к усилению аэрации и интенсивности минерализации.

При сельскохозяйственном освоении торфяных почв происходило изменение кислотности почв по отношению к целине: на целине рН - 4,5, на освоенных почвах рН -5,3-5,9. Изменения касались и гидролитической кислотности в верхнем слое освоенных почв: на вариантах под многолетними травами и пропашными культурами она увеличилась по сравнению с целиной. В то же время под многолетними травами гидролитическая кислотность составляла 41,9 мг-экв. на 100 г почвы, что на 6,8 мг-экв. ниже, чем под пропашными (58,7 мг-экв./100 г

почвы). Степень насыщенности почв основаниями под многолетними травами, напро-

Данные наших исследований показали, что длительное, 35-летнее, использование торфяной почвы под паром и пропашными культурами привело к снижению валового углерода в пахотном слое до 43,5-41,4%, что связано с увеличением аэрации почвы и активизацией деятельности микроорганизмов. На варианте под многолетними травами данный показатель увеличился до 45,2% (на целине 44,2%), а на 75-летнем культурном пастбище содержание валового углерода составляло 54,4%. Вниз по профилю, на уровне 50 см, происходило увеличение содержания углерода, что, вероятно, связано с реакциями конденсации, идущими в нижележащих слоях почвы, и возможной миграцией в этот уровень высокообуглероженных соединений (табл. 1).

В выработанной части торфомассива на торфяно-глеевой почве, занятой под лесом, содержание валового углерода составило 40,3%, а на торфянисто-глеевой почве, занятой под лугом, происходило увеличение данного показателя до 42,2% в пахотном горизонте.

Наибольшие изменения отмечены в содержании бензольных соединений в верхней части профиля. Количество углерода данной фракции в почве под пропашными культурами снижалось до 0,82% по сравнению с другими вариантами. На участках под многолетними, однолетними травами, под

тив, оказалась выше, чем под пропашными на 7% (соответственно 77 и 70%) (рис.).

долголетним пастбищем количество бензольных соединений возрастало, т.к. под этими культурами замедлен процесс минерализации торфа.

На выработанной части торфомассива, под лесом, бензольная фракция составляла 0,19%, а на участке под лугом происходило увеличение данного показателя до 0,21%. Содержание битумов на данных почвах сокращалось по сравнению с целиной в 4 раза, т.к. на выработках происходила более интенсивная минерализация торфа.

В водной вытяжке содержание углерода на вариантах целина, чистый пар и пропашные снижалось вниз по профилю, а под долголетним пастбищем, многолетними и однолетними травами - увеличивалось. Аналогичные изменения происходили и на выработанной части торфомассива.

На всех вариантах исследований, за исключением чистого пара, наблюдалось накопление гумусовых веществ в средней части почвенного профиля, что связано с большей биологической устойчивостью их к разрушающему действию микроорганизмов в условиях аэрируемой почвы. Количество углерода гумусовых веществ в пахотном горизонте под многолетними травами было несколько ниже, чем под пропашными и паром. Значительное накопление гумусовых веществ отмечено на долголетнем культурном пастбище - 37,84%. На выработанной

90 80 70 60 50 40 30 20 10

Целина

Многолетние травы

Пропашные культуры

Зольность

Гидролитическая кислотность

Степень

насыщенности почв основаниями

Рис. Изменение агрохимических свойств торфяной и выработанной почвы

в пахотном горизонте, %

0

почве под лесом и под лугом происходило накопление гумусовых веществ вниз по профилю - это, по всей вероятности, связано

с миграцией гумусовых веществ с нисходящими токами воды в условиях промывного режима.

Таблица 1

Распределение углерода по группам органических веществ

Углерод по фракциям органического вещества

Вариант Глубина, см Углерод валовой бензольная водная гумусовые вещества извлекаемый 1н извлекаемый 80% негидро-лизуемый остаток

Целина 0-7 26,9 0,20 1,10 11,40 0,59 1,89 11,71

7-24 44,2 0,88 0.91 35,54 0,46 0,68 5,73

24-76 53,7 1,07 0.71 38,31 0,34 0,41 12,89

Чистый пар 0-20 43,5 0,96 0,91 36,20 0,76 0,91 3,76

20-52 43,2 1,02 0,70 34,33 0,80 1,29 5,06

52-90 47,1 1,04 0,68 26,40 1,24 2,47 15,27

Пропашные 0-23 41,4 0,82 2,50 33,96 1,10 1,69 1,33

23-43 40,1 0,78 2,19 34,32 0,75 0,56 1,50

43-61 50,6 1,01 1,56 37,05 0,57 1,52 8,89

61-90 47,8 0,96 2,29 32,46 0,48 1,52 10,09

90-97 46,9 0,92 1,72 44,69 1,09 1,54 6,94

Многолетние травы 0-7 43,4 0,97 0,67 24,61 0,89 2,24 14,02

7-17 45,2 0,84 1,03 33,05 0,36 1,53 8,41

17-34 46,0 0,97 0,73 36,88 0,49 2,13 4,80

34-56 57,2 1,02 0,76 32,88 0,46 1,68 20,40

56-65 51,5 1,41 1,19 40,72 0,52 1,01 6,65

Однолетние травы 0-13 43,5 0,86 1,36 38,29 0,37 1,25 1,37

13-25 51,8 1,05 1,44 33,10 0,35 1,65 14,21

25-45 51,9 1,04 1,45 34,89 0,48 1,42 12,62

45-70 50,0 1,00 1,53 37,47 0,89 1,14 7,97

70-90 48,6 0,89 1,04 22,60 0,50 1,68 21,89

Пастбище 0-8 54,7 1,08 1,26 31,06 0,31 2,57 15,10

8-23 54,4 1,11 1,79 37,84 0,32 1,82 11,00

23-36 50,6 0,97 1,48 39,02 0,26 2,49 5,00

36-51 55,5 1,10 1,52 35,75 0,31 1,92 12,44

51-88 53,3 1,04 2,00 35,01 0,23 1,81 12,76

Торфяно- глеевая, под лесом 0-6 29,0 0,02 1,08 9,37 0,50 0,51 17,49

6-15 40,3 0,19 0,61 23,14 0,75 0,32 15,25

15-30 29,2 0,24 1,19 14,05 0,74 0,30 12,68

30-56 44,6 0,02 0,18 22,63 1,07 0,62 20,04

Торфянисто-глеевая, под лугом 0-3 34,6 0,23 0,95 32,35 0,12 0,92 0,01

3-20 42,2 0,21 0,99 40,17 0,17 0,49 0,13

20-28 57,4 0,18 3,79 50,87 0,44 0,50 1,65

Углерод, извлекаемый 1н Н 28О4 и 80% Н28О4, на целине снижается вниз по профилю, в чистом пару увеличивается. На остальных вариантах чёткой динамики

не прослеживается. На выработках содержание углерода 1н Н28О4 фракции увеличивается, а при обработке 80% Н28О4 снижается.

При освоении торфяной почвы значительно уменьшалось содержание углерода не-гидролизуемого остатка, особенно это заметно на варианте под пропашными и паром. Под данными культурами происходило более интенсивное разложение органического вещества.

Негидролизуемый остаток на торфянисто-глеевой почве под лугом минимальный, в органическом горизонте он составлял 0,01-1,65%. Негидро-лизуемый остаток на выработанном участке, занятом под лесом, один из самых больших, а накопление гумусовых веществ - наименьшее по всему профилю.

Освоение торфяных низинных почв сопровождалось качественным изменением гумусовых веществ. Из данных таблицы 2 видно, что отношение Сгк/Сфк в верхнем слое целинной почвы формировалось в пользу фульвокислот, под паром их количество почти выровнялось. При освоении происходило накопление биохимически наиболее устойчивой части гумуса -гуминовых кислот, а фульво-кислоты легче подвергались минерализации или вымыванию из почвенного профиля.

В исследованиях В.Н. Пе-реверзева, Н.С. Алексеевой отмечалось, что содержание в почве гуминовых кислот при окультуривании резко возрастало, а содержание фульвокис-лот оставалось примерно на том же уровне [5]. Результаты наших наблюдений подтверждают накопление гуминовых кислот при освоении. Под пропашными, многолетними травами и на пастбище происходило значительное снижение фульвокислот по всему профилю по сравнению с целиной.

Таблица 2

Состав гумусовых веществ

Вариант Глубина, см С гк Сфк Сгк/Сфк

Целина (лес) 0-7 10,34 1,08 9,57

7-24 10,96 24,58 0,45

24-76 20,43 17,88 1,14

Чистый пар 0-20 16,68 19,52 0,85

20-52 13,13 21,20 0,62

52-90 9,66 16,74 0,58

Пропашные 0-23 27,18 6,78 4,01

23-43 25,81 8,51 3,03

43-61 30,79 6,26 4,92

61-90 26,00 6,46 4,02

90-97 34,69 10,00 3,47

Многолетние травы 0-7 22,14 2,47 8,96

7-17 25,07 7,98 3,14

17-34 28,71 8,17 3,51

34-56 17,32 15,56 1,11

56-65 25,71 15,01 1,71

Пастбище 0-8 25,85 5,20 4,97

8-23 31,34 6,50 4,82

23-36 34,90 4,12 8,47

36-51 25,31 10,44 2,42

51-88 28,95 6,06 4,78

Однолетние травы 0-13 21,99 16,30 1,35

13-25 18,84 14,26 1,32

25-45 25,07 9,82 2,55

45-70 20,64 16,83 1,23

70-90 13,71 8,89 1,54

Торфяно- глеевая, под лесом 0-6 6,16 3,21 1,92

6-15 19,34 3,80 5,09

15-30 10,35 3,70 2,80

30-56 14,21 8,42 1,69

Торфянисто-глеевая, под лугом 0-3 21,59 10,76 2,01

3-20 33,03 7,14 4,63

20-28 49,23 1,64 30,0

Расширение соотношения Сгк/Сфк в освоенных почвах можно объяснить более интенсивным накоплением гуминовых кислот как биологически более устойчивых в условиях мелиорации.

На торфяно-глеевой почве под лесом, в отличие от целинного торфяника, происходило накопление гуми-новых кислот, а фульвокислоты в освоенных выработанных почвах так же сильно были подвержены вымыванию из почвенного профиля, как и на освоенных низинных торфяниках.

Выводы. Результаты исследований показали, что в почве низинных торфяников происходило увеличение зольности торфа, особенно значительно под пропашными культурами, при всех режимах использования повышалось содержание валового углерода, расширялось соотношение гумусовых и фульвокислот.

Одной из целей рационального землепользования является экономное расходование органического вещества на единицу продукции и как можно более длительное по времени сохранение органического горизонта торфяных почв. Выращивание многолетних трав в условиях торфяных почв способствует увеличению их плодородия и сохранению органического вещества.

Список литературы

1. Ефимов В.Н., Лунина Н.Ф. Изменение состава органического вещества торфяных почв за 70 лет их сельскохозяйственного использования // Почвоведение. 1986. №7. С. 79-87.

2. Уланов А.Н. Торфяные и выработанные почвы южной тайги Евро-Северо-Востока России. Киров: Дом печати - Вятка, 2005. 320 с.

3. Ефимова В.Н., Василькова М.Г. К методике выделения гумусовых веществ из торфяных почв // Почвоведение. 1970. №5. С. 121-131.

4. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: «Наука», 1980. 386 с.

5. Переверзев В.Н., Алексеева Н.С. Изменение состава органического вещества тор-фяно-болотных почв Кольского полуострова под влиянием окультуривания // Почвоведение. 1973. №3. С. 42-49.

Impact of anthropogenous factors on the change of structure of organic substance of the peat and developed soils

Smirnova A.

The results of the study of changes of properties of peat and depleted soils during the process of a long-term usage under different agricultural crops are presented.

Keywords: peat soil, developed soil, organic matter, humus substances, soil fertility

УДК 631.432 : 631.62

Динамика запасов продуктивной влаги в осушаемой дерново-подзолистой глееватой супесчаной почве под посевами тимофеевки луговой

Василий Дмитриевич Абашев, доктор с.-х. наук, ст. научный сотрудник ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, г. Киров, Россия

E-mail: niish-sv@mail.ru

Закрытый дренаж устраняет избыточное увлажнение дерново-подзолистых глееватых почв весной и осенью. В корнеобитаемом и метровом слое в течение всей вегетации растений тимофеевки луговой влажность почвы была в интервале наименьшая влагоемкость - влажность разрыва капилляров. Влагообеспеченность растений в этот период определялась выпадающими осадками. Запасы влаги в метровом слое почвы при весеннем снеготаянии ежегодно пополняются и, как правило, превышают наименьшую влагоемкость почвы.

Ключевые слова: закрытый дренаж, осадки, влажность почвы, запасы продуктивной влаги, дренажный сток, уровень грунтовых вод, тимофеевка луговая

Сведения об изменении водного режима дерново-подзолистых почв под влиянием осушения для обширного региона Северо-Востока Нечерноземной зоны в научной литературе малочисленны [1, 2, 3].

Цель исследований - изучение влияния закрытого дренажа на режим влажности

дерново-подзолистой супесчаной почвы, определение динамики запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы под посевами тимофеевки луговой.

Материал и методы. Мелиоративный стационар заложен в 1982 г. на опытном поле НИИСХ Северо-Востока в центральной