Состав гумуса выщелоченного чернозема Тобол- Ишимского междуречья в естественном состоянии и в условиях длительной распашки

УДК 631. 46 Н.В. Абрамов, Д.И. Еремин, С.В. Абрамова

СОСТАВ ГУМУСА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА ТОБОЛ-ИШИМСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ В ЕСТЕСТВЕННОМ СОСТОЯНИИ И В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОЙ РАСПАШКИ

Содержание и запасы органического вещества в почвах традиционно служат основными критериями оценки почвенного плодородия, а в последние годы все больше рассматриваются и с точки зрения экологической устойчивости почв как компонента биосферы. Именно в этом аспекте авторами изучена трансформация гумуса выщелоченного чернозема в естественном состоянии и под влиянием длительного использования пашни.

В научных кругах широко идет обсуждение о катастрофической дегумификации черноземов при их сельскохозяйственном использовании, так как с каждым годом растет отчуждение питательных веществ из почвы, обусловливая непрерывную минерализацию гумуса и снижение его запасов. При этом его количественное снижение сопровождается трансформацией и качественного состава гумуса (Козеев К.Ш., Алехин С.Н., Колесников С.И. Вальков В.Ф., 1999). В то же время отмечаются и противоположные выводы. Например, в работах (Кауричева И.С, Ганжара Н.Ф., Хохлова В.Г., 1997) говорится о длительном постоянстве гумуса в пахотных почвах центрально-таежной области. Д.С. Орлов, О.Н. Бирюкова, М.С. Розанова (1996) отмечают, что проблема дегумификации пахотных почв нуждается в детальном исследовании. Для ее решения полезным является глубокий анализ достоверных данных о трансформации гумусового состояния старопахотных не подверженных эрозии почв.

Задача нашей работы заключалась в изучении трансформации гумуса выщелоченного чернозема в естественном состоянии и под влиянием длительного использования пашни в ходе исследований за период 1968-2006 гг.

Исследования проводились на стационаре 3 д. Мичурино Заводоуковского района. Стационар расположен в северной колочной лесостепи Тобол-Ишимского междуречья на выщелоченном, тучном, среднемощном, среднесуглинистом черноземе, сформированном на карбонатном лессовидном суглинке. Часть этого чернозема в 1968 году была распахана и до настоящего времени находится в пашне при сельскохозяйственном использовании. Для взятия почвенных образцов закладывались опорные разрезы на участке с естественной растительностью - разрез №1 и на пашне - разрез №2 в 1968, 1990 и 2006 годах. Групповой и фракционный состав гумуса определялся по методу Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плот-ниновой [5]. Для анализа полученных данных в ходе длительных исследований о трансформации гумусного состояния сильновыщелоченного чернозема в естественном состоянии и под влиянием длительной распашки был использовании сравнительно аналитический метод исследования.

Результаты наших исследований показали, что в процессе гумификации при разложении органических остатков в исследуемом черноземе происходит образование из них группы органических соединений гумусовых веществ как двухкомпонентной системы в гумусовом горизонте во все годы исследований (табл. 1). Общий выход гумусовых веществ отражает органический углерод, количество которого для исследуемых черноземов в естественном состоянии довольно высокое (Собщ. - 6,3%) в самой верхней части профиля, постепенно снижаясь до глубины 50 см. Глубже происходит резкое уменьшение содержания Собщ. и уже на глубине 60-70 см содержание его составляет 0,55%, практически исчезая до глубины 100-110 см (Собщ. - 0,11%). Такой характер вертикального распределения гумуса в метровой минеральной толще почвы считается, по мнению В.В. Плотниковой и Т.А. Пономаревой [5], резко убывающим.

Гумус выщелоченного чернозема относится к фульватно-гуматному типу, где отношение Сгк/Сфк -1,9 в слое 0-10 см, 1,6 - в слое 10-30 см с очень высокой степенью гумификации органического С

вещества(—— >40). Глубже 30 см происходит уменьшение содержания группы гуминовых кислот (ГК) и

Собщ

С

ва(—— >40). Глубже 30 см происходит уменьшение содержания группы гуминовых кислот (ГК) и гумус

Собщ

здесь относится к гуматно-фульватному типу (Сгк/Сфк-0,7) со средней степенью гумификации органического С

вещества (—— - 20-30%).

Собщ

В составе ГК доминируют гуматы кальция в пределах всей 0-110 см толщи исследуемого чернозема. В верхней части гумусового горизонта в 0-30 см слое гуматы кальция имеют высокое содержание, составляя 60,0-64,9% от суммы ГК и с очень высоким (100%), глубже 0-30 см слоя. «Свободные» гуминовые кислоты и прочносвязанные с устойчивыми R2Oз и глинистыми минералами образуются лишь в верхней (0-30 см) части профиля с низким содержанием «свободных» ГК (24,1-30,4) и средним содержанием прочносвязанных гуминовых кислот (11,0-13,3).

В составе фульвокислот (ФК) в верхней части (0-20 см) гумусового горизонта преобладают фульваты кальция, составляя 61,3-73,1% от суммы ФК. Глубже 0-20 см слоя процентное содержание фульватов кальция в 2 раза содержится меньше (34,4-37,1%). «Агрессивная» фракция ФК составляет всего лишь 6,7-8,3% от суммы ФК в слое 0-30 см, постепенно увеличиваясь с глубиной до 30,9%. Содержание подвижной фракции в слое 0-10 см составляет лишь 5,6% от суммы ФК, резко увеличиваясь с глубиной, достигая максимальной величины на глубине 40-50 см (49,7%) и вновь незначительно понижаясь. Вертикальная миграция «агрессивных» и подвижных фракций фульвокислот обусловлена их высокой подвижностью и меньшей способностью к денатурации в условиях низких температур. Связанные фульвокислоты с устойчивыми R2Oз и глинистыми минералами наблюдаются только в верхней части профиля (0-10 см), составляя 12,5-13,6% от суммы ФК.

Содержание и состав гумуса выщелоченного чернозема в целинном состоянии находится в стабильном равновесии: поступление органических остатков-гумификация-минерализация гумуса во все годы исследований (1968-2006 гг.). Устоявшееся в процессе генезиса равновесие заметно изменилось после распашки этого чернозема в результате сокращения притока органических веществ с почвенными и корневыми остатками культурной растительности, увеличения скорости минерализации гумусовых веществ и перемешивания верхних слоев почвы что неизбежно вызвало процессы дегумифакации (табл. 2).

За период 1968-1990 гг. произошли значительные потери Собщ, которые составили в слое 0-10 см 10%, в слое 10-20 см - 9% и в слое 20-30 см - 5% по отношению к целинному чернозему (табл. 1). Глубже пахотного горизонта количество Собщ остается без изменений. Тип гумуса и степень гумификации органического вещества после распашки выщелоченного чернозема не изменились лишь в пределах 30-сантиметрового слоя. Глубже гумус в сравнении с его исходным составом отличается более высокой сте-

С

пенью гумификации органического вещества (—— - 20,4-35,7%) в слое 30-70 см, величиной соотношения

Собщ

Сгк/Сфк (1,1-1,6) в слое 30-90 см. То есть гумус в пашне по сравнению с целинным участком характеризуется очень высокой степенью гумификации органического вещества с фульватно-гуматным типом не только в пахотном горизонте, но и в подпахотной части профиля до глубины 70-90 см. В составе гумуса после распашки также произошли значительные изменения в количественном соотношении фракций в группе ГК и ФК. В гуминовых кислотах значительно увеличилось относительное содержание «свободных» гуминовых кислот и связанных с устойчивыми R2Oз и глинистыми минералами, содержание гуматов кальция соответственно понизилось в пределах всей 0-110 см толщи почвы.

В составе фульвокислот в пределах пахотного горизонта (0-30 см) возросла доля «агрессивной» и «подвижной» фракций, фульвокислоты, связанные с кальцием, соответственно понизились. Глубже пахотного горизонта значительных изменений не произошло. Фульвокислоты, связанные с устойчивыми R2Oз и глинистыми минералами, остались в прежнем содержании.

Состав гумуса чернозема выщелоченного

Глубина, см Собщ., % ГК от Собщ., % ГК1 ГК2 ГКа ФК, от Собщ, % со Ф ФК1 ФК2 ФК3 Нерастворимый остаток, % от Собщ. Сгк/Сфк

% от суммы ГК % от суммы ФК

1968 год

0-10 6,26 48,0 26,7 60,0 13,3 25,3 6,7 5,6 73,1 14,6 26,7 1,6

10-20 6,11 42,8 30,4 65,2 4,4 27,4 6,9 24,8 61,3 6,9 29,8 1,6

20-30 6,13 39,9 24,1 64,9 1,1 26,6 8,3 45,1 37,6 9,0 33,5 1,6

40-50 3,03 22,2 0,0 100,0 0,0 22,7 12,8 49,7 26,4 1,1 55,3 1,0

60-70 0,55 21,8 0,0 100,0 0,0 30,6 27,8 37,5 34,6 0,1 47,6 0,7

80-90 0,31 20,1 0,0 100,0 0,0 30,5 29,5 36,4 34,1 0,0 49,4 0,7

100-110 0,09 18,1 0,0 100,0 0,0 31,1 30,9 34,7 34,4 0,0 50,8 0,6

1990 год

0-10 6,41 48,4 26,1 62,5 11,4 24,9 5,8 6,2 75,4 12,6 26,7 1,9

10-20 6,21 43,2 29,6 67,1 3,3 26,8 5,9 24,1 64,1 5,9 30,0 1,6

20-30 5,11 40,1 25,2 65,3 9,5 26,7 7,4 40,6 43,7 8,3 33,2 1,5

40-50 3,45 22,5 0,2 99,8 0,0 22,0 12,1 39,5 40,5 7,9 55,5 1,0

60-70 0,75 22,0 0,1 99,9 0,0 30,9 25,9 30,0 43,8 0,3 47,1 0,7

80-90 0,30 19,1 0,1 99,9 0,0 30,4 26,0 30,2 43,8 0,0 50,5 0,6

100-110 0,10 18,3 0,1 99,9 0,0 30,6 29,8 33,9 37,3 0,0 51,1 0,6

2006 год

0-10 6,30 47,4 27,1 61,5 11,4 25,0 6,0 6,7 74,6 12,7 21,6 1,9

10-20 6,28 40,6 29,0 65,6 6,0 26,9 6,2 30,1 62,1 1,6 32,6 1,5

20-30 5,01 42,1 23,2 65,0 11,8 27,7 7,9 42,7 33,7 15,7 30,2 1,5

40-50 3,25 23,5 0,0 100 0,0 23,0 12,6 49,2 34,6 3,6 53,5 1,0

60-70 0,66 22,7 0,2 99,8 0,0 31,0 26,2 36,0 37,8 0,0 46,3 0,7

80-90 0,29 19,6 0,0 100,0 0,0 29,4 26,3 32,2 41,5 0,0 55,1 0,7

100-110 0,11 17,5 0,0 100,0 0,0 34,6 30,1 34,4 35,5 0,0 47,9 0,5

Состав гумуса чернозема выщелоченного

Глубина, см Собщ., % ГК от Собщ., % ГК1 ГК2 ГК3 ФК, от Собщ, % со Ф ФК1 ФК2 ФК3 Нерастворимый остаток, % от Собщ. Сгк/Сфк

% от суммы ГК % от суммы ФК

1990 год

0-10 5,62 36,4 40,4 42,6 17,0 18,6 12,2 33,9 40,3 13,6 45,0 2,0

10-20 5,56 38,6 39,9 47,7 12,4 21,0 12,9 43,3 43,3 0,5 40,4 1,8

20-30 3,94 37,3 37,5 52,3 10,2 22,5 12,6 46,2 40,9 0,3 40,2 1,7

40-50 3,02 35,7 33,9 56,6 9,5 22,8 12,7 47,4 39,9 0,0 41,5 1,6

60-70 0,55 34,1 30,9 62,1 7,0 24,4 23,0 40,6 36,4 0,0 41,5 1,4

80-90 0,35 25,9 23,9 72,2 3,9 25,9 22,2 43,0 34,8 0,0 48,2 1,0

100-110 0,11 20,4 22,5 77,5 0,0 29,1 29,6 37,8 32,6 0,0 50,5 0,7

2006 год

0-10 4,95 37,1 41,0 42,9 16,1 19,2 12,8 28,9 45,8 12,5 43,7 1,9

10-20 5,05 39,0 40,1 48,1 11,8 20,6 14,0 41,4 41,9 2,7 40,4 1,9

20-30 4,04 36,8 38,0 53,4 8,6 23,0 13,5 45,7 40,0 0,8 40,2 1,6

40-50 3,12 35,4 35,2 60,1 4,7 23,0 13,0 47,0 40,0 0,0 41,6 1,5

60-70 0,60 34,2 31,4 63,1 5,5 24,7 22,2 45,8 31,9 0,1 41,1 1,4

80-90 0,28 27,5 24,1 74,3 1,6 26,1 24,1 42,5 33,4 0,0 46,4 1,1

100-110 0,09 20,0 21,0 79,0 0,0 28,9 28,5 38,2 33,3 0,0 51,1 0,7

Полученные результаты исследований показали, что содержание и состав гумуса после распахивания выщелоченного чернозема изменялись только до 1990 г. Видимо к этому времени установилось равновесие: поступление пожнивных и корневых остатков в почву - гумификация - дегумификация - в сложившихся био-гидротермических условиях, так как в процессе генезиса естественного и антропогенного каждая почва и все ее свойства стремятся к устойчивому равновесию с окружающей средой [1].

Выводы

1. Выщелоченный чернозем Тобол-Иртышского междуречья в естественном состоянии характеризуется высоким содержанием Собщ.(6,26-6,41%) с очень высокой степенью гумификации органического веще-

С

ства

Собщ

слое профиля. Характер вертикального распределения гумуса резко убывающий со средней степенью гуС

мификации (—— - 20-30%) и гуматно-фульватным типом глубже 0-30 см слоя в пределах метровой тол-

Собщ

щи профиля. В составе ГК доминируют гуматы кальция в пределах всей 0-110 см толщи почвенного профиля с высоким их содержанием в верхней части (0-30 см) и очень высоким нижней части (30-110 см). В составе ФК также преобладают гуматы кальция, уменьшаясь с глубиной, «агрессивные» и подвижные ФК соответственно увеличиваются с глубиной.

2. После распашки за период 1968-1990 гг. произошли значительные потери Собщ (10% в слое 0-10 см, 9% в слое 10-20 см, 5% в слое 20-30 см), глубже количество Собщ остается без изменений. Гумус в сравнении с исходным составом выщелоченного чернозема отличается более высокой степенью гумификации ор-

С

ганического вещества (—— - 35,7-20,4%) и величиной Сгк/Сфк - 1,6-1, 1 ниже 0-30 см слоя. В составе гу-

Собщ

муса после распашки увеличилось относительное содержание «свободных» ГК, и связанных с устойчивыми R2Oз и глинистыми минералами, содержание гуматов кальция соответственно понизилось в пределах всей 0-110 см толщи почвы. В составе ФК в пределах пахотного горизонта возросла доля «агрессивной» и подвижной фракции, фульваты, связанные с кальцием, соответственно понизились.

3. Содержание и состав гумуса выщелоченного чернозема в естественном состоянии имеет стабильное равновесие во все годы исследований (1968-2006 гг.). После распашки к 1990 г. в сложившихся биогид-ротермических условиях устанавливается равновесие и за период 1990-2006 гг. значительных изменений в содержании и составе гумуса не отмечается.

Литература

1. Вальков, В.Ф. К проблеме дегумификации черноземов / В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников // Черноземы Центральной России. - Воронеж, 2004.

2. Кауричев, И.С. Гумусовое состояние почв Смоленской области / И.С. Кауричев, Н.Ф. Ганжара, В.Г. Хохов

// Органическое вещество пахотных почв. - М., 1987. - С. 52-69.

3. Изменение гумусового состояния почв предгорий Северо-Западного Кавказа при сельскохозяйственном использовании / К.Ш. Козеев, С.Н. Алехин, С.И. Колесников [и др.] // Агрохимия. - 1999. -№ 4. - С. 18-23.

4. Орлов, Д.С. Реальные и кажущиеся потери органического вещества почвами Российской Федерации /

Д.С. Орлов, О.Н. Бирюкова, М.С. Розанова // Почвоведение. - 1996. - № 2. - С. 197-207.

5. Пономарева, В.В. Методика и некоторые результаты фракционирования гумуса черноземов / В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова // Почвоведение. - 1968. - № 11. - С. 104-117.

♦