Гумус в условиях антропогенного воздействия

УДК 631.417.2:504.53.064

Б.М. Кленов

ИПА СО РАН, Новосибирск

ГУМУС В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

В настоящее время почва в целом усиленно подвергается различным антропогенным воздействиям. Это - распашка земель, вырубка лесов, пожары, изъятие земель под строительство и при добыче минерального сырья открытым способом. Эти виды деятельности, прежде всего, вызывают количественные потери органического и минерального вещества почвы. Количественные и качественные изменения гумуса происходят и от многих других видов воздействий. Это - выбросы промышленных предприятий, кислотные дожди, тяжелые металлы, стоки промышленных и сельскохозяйственных предприятий, ненормированные количества минеральных удобрений и ядохимикатов. В конечном счете, все виды антропогенных воздействий изменяют почву как физическую и химическую среду обитания живых организмов. Любое антропогенное воздействие ведет к сокращению биоразнообразия и ослаблению экологических функций почв.

Наиболее уязвимой в результате этих воздействий оказывается органическая часть почвы - все формы живого вещества, продукты его разложения после отмирания, а также само сформировавшееся органическое вещество почвы. Основная часть его, как известно, представлена гумусом. С одной стороны, гумусовые вещества в значительной мере обусловливают устойчивость почв к антропогенному прессу, выполняя при этом природоохранную функцию. Эта функция обеспечивается благодаря тому, что гумус в целом как система полимерных полидисперсных гетерогенных и гетерохронных (разновозрастных) соединений является и хроматографической системой, связывающей попадающие в почву минеральные удобрения, тяжелые металлы, гербициды, поверхностноактивные вещества и многие другие загрязнители промышленных и сельскохозяйственных предприятий. С другой стороны, выполняя природоохранную функцию, т.е. уравновешивая воздействие вышеуказанных агентов, гумусовые вещества сами подвергаются воздействию этих же агентов, при этом они убывают количественно и гораздо реже восполняются, а также изменяются по своей структуре и функциям. Все виды антропогенного воздействия приводят не только к потерям гумуса, но и к изменению его природы. И лишь незначительное число воздействий на почву оказывается безопасным по отношению к почвенному гумус. Чтобы прогнозировать дальнейшую судьбу гумуса в целом, необходимо четко представлять механизмы взаимодействия его компонентов с тем или иным агентом, поступающим в почву либо как мелиорант, либо загрязнитель. Например, известкование кислых почв или гипсование щелочных представляют собой давно известные приемы улучшения свойств почвы и ее гумусового состояния, современной науке точно известен механизм взаимодействия извести или гипса с почвенно-поглощающим комплексом. Итак, в почвенноэкологическом отношении известкование и гипсование - безопасные приемы.

Небезынтересен, но менее ясен механизм взаимодействия различных минеральных удобрений с почвой и особенно с ее гумусовой части. В этом случае необходимо знать не только химические свойства каждого удобрения, но и представлять основную картину химизма самой почвы. В экологическом плане опасны удобрения, которые могут при гидролизе в почве давать щелочную реакцию, в условиях которой, как известно, способна растворяться и переходить в подвижное состояние половина гумсаовых соединений почвы. Значит, в таком случае неизбежен вынос почвенного гумуса за пределы почвенного профиля, особенно в условиях промывного водного режима. Вместе с тем гидролитически кислые удобрения (сульфат аммония, хлорид аммония, хлорид калия, нитрат аммония) с гумусовыми кислотами не взаимодействуют и не вызывают негативных последствий, но при ненормированном внесении происходит их физическая сорбция и загрязнение органоминеральных коллоидов.

Эти незначительные из многих примеры показывают, что минеральные соли, отличаясь разнообразным химизмом, в одних случаях могут оказывать стабилизирующее действие на систему гумусовых веществ, в других, наоборот, могут “расшатывать” ее. Таким образом, при использовании минеральных удобрений необходимо принимать во внимание не только потребность в них культур, но и неодинаковое отношение к ним гумусовой части почвы.

За счет комплексообразующей способности гумусовые кислоты связывают в комплексы тяжелые металлы и радионуклиды. Дезактивирующая роль соединений гумуса проявляется и по отношению к многим синтетическим органическим соединениям, которые при разных обстоятельствах могут поступать в почву. Наиболее опасны моющие средства, которые подавляют активность почвенной биоты. Кроме того, они в большинстве своем создают в почве щелочную реакцию, в условиях которой повышается растворимость и подвижность гумусовых кислот.

Небезразлично отношение гумусовых кислот и к большинству пестицидов, которые имеют в своем составе бензольные кольца и, следовательно, обладают сродством с гумусовыми кислотами. И в тех и других соединениях имеются функциональные группы, которые в значительной степени обусловливают их взаимодействие. Имеет место также сорбция ксенобиотиков гумусовыми кислотами [1], образование соединений по типу катионного обмена, взаимодействие между аминогруппой гербицидов и карбоксильной группой гумусовых веществ [2]. Этими же авторами указана возможность образования соединений по типу сложных эфиров, за счет водородной связи и сил Ван-дер-Ваальса. Продолжительное пребывание гербицидов в почве объясняется именно их способностью образовывать устойчивые продукты взаимодействия с гумусовыми веществами, что препятствует их биодеградации.

Однако самое сильное воздействие на содержание и природу гумуса оказывает использование почв в длительной земледельческой практике. Известно, что наиболее значительные изменения запасов гумуса и даже

изменение природы его составляющих происходит в результате распашки почв, которая в любом случае вызывает усиление биологического окисления (минерализации) всего органического вещества. Вместе с тем образование промежуточных твердых продуктов разложения, служащих источником гумуса, замедляется, а газообразных (углекислоты, молекулярного азота и его оксидов и др.) продолжает идти. Кроме того, количественное уменьшение гумуса сопровождается изменением его качественного состава и структуры компонентов. Значительным потерям гумуса способствуют эрозионные процессы, интенсивность которых, как правило, возрастает с увеличением срока использования пашни. Гумусовое состояние и в целом статус старопахотных почв изменяются также и при орошении вследствие усиления активности микрофлоры и процессов разложения органического вещества.

Проблема потерь гумуса из пахотных почв и предотвращения их в настоящее время одна из нерешенных. Это связано с тем, что гумус -сложная многокомпонентная система природных органических соединений, а механизм и процессы, которые определяют функционирование этой системы, еще не изучены обстоятельно. Многочисленные литературные сведения, в том числе и наши исследования [3], показывают, что максимальные потери гумуса во всех случаях происходят за первые три десятилетия, особенно, если нет сильного проявления эрозии почв. Вместе с тем, как показано в данном обзоре, содержание гумуса на новом уровне не стабилизируется даже через 90-100 лет. Таким образом, потери могут идти постоянно в течение длительного времени. В черноземах Западной Сибири, например, максимальные общие потери гумуса к настоящему времени также не превышают 30% однако следует отметить что большая часть их представлена потерями за счет эрозии, о чем свидетельствуют данные о выносе органического углерода с талыми водами и твердой фазой [4]. Таким образом, в Западной Сибири в силу относительной молодости земледелия потери не достигли критических размеров, поэтому предотвращение дальнейших потерь гумуса представляется возможным. Потери гумуса из старопахотных почв четко связаны с его исходным содержанием в целинных почвах. Такая связь наиболее наглядно иллюстрируется данными для ряда почв с различным содержанием гумуса, но с одинаковой продолжительностью использования их в пашне (таблица). Во всех нижеприведенных случаях были подобраны варианты участков, не подверженных эрозии, и без применения удобрений.

Таблица. Потери гумуса из почв с 30-летним сроком использования их в

пашне

Гумус в слое 0-20 см целинной почвы, % Потери гумуса

За весь период в среднем за год

т/га % т/га %

Черноземы обыкновенные

7,7 71 19 2,4 0,6

Черноземы южные

4,2 20 13 0,7 0,4

Каштановые почвы

1,1 3,3 3,2 0,1 0,1

Приведенные данные показывают, что абсолютные и относительные величины потерь гумуса из старопахотных почв, как и накопление гумуса в целинных почвах в одинаковой степени подчинены географической закономерности. Эти параметры снижаются по мере нарастания сухости климата в направлении с севера на юг. Данный факт, когда за 30 лет из черноземов обыкновенных потерялось 19% гумуса, черноземов южных 13%, а из каштановых почв лишь 3%, может одним из основных для разработки критериев экологической устойчивости гумуса. Таким образом, потери гумуса независимо от биоклиматической зоны, в которой формируются почвы, и характера земледельческой практики без систематического применения удобрений могут быть значительными даже за сравнительно короткий период использования почв в качестве пашни.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Almendros Е.. Sorptive interactions of pesticides in soils treated with modified

humification // Europ. J. Soil Sci. - 1995. - V. 46. - № 2. - P. 287-301.

2. Maqueda C., Morillo E., Perez-Rodriguez J.L. Interaction in aqueos solution of certain pesticides with fulvic acids from a spodosol soil // Soil Sci.. - 1989. - V. 148. - № 5. - Р. 336 -345.

3. Кленов Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. -Новосибирск: Изд-во СО РАН. Филиал «Гео», 2000. - 176 с.

4. Танасиенко А.А., Путилин А.Ф. Экологические аспекты проблемы эрозии почв

// Сиб. экол. журн. - 1994. - Т. 1. - № 1. - С. 185 - 194.

© Б.М. Кленов, 2005