Анализ гумусного состояния чернозема выщелоченного Западного Предкавказья Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»
Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Онищенко Людмила Михайловна
Приведены результаты научных исследований на стационарном опыте в учхозе «Кубань» Кубанского госагроуниверситета. Прослежена направленность изменения гумусного состояния чернозема выщелоченного
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Онищенко Людмила Михайловна
К вопросу стабилизации гумусного состояния пахотных черноземов за счет запашки соломы зерновых культур
Использование послеуборочных растительных остатков сои для компенсации расхода гумуса и выноса азота, фосфора и калия с урожаем семян
Особенности экологического состояния гумуса и азота чернозёмов степной зоны Северного Кавказа
Изменение гумусного состояния каштановой почвы в результате длительного антропогенного воздействия в сухой степи Бурятии
Длительные изменения содержания гумуса в пахотных черноземах центра Восточно-Европейской равнины
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
ANALYSIS OF THE HUMUS CONDITION CHERNOZEM LIXIVIOUS WESTERN CISCAUCASIA
The results of the research of the stationary experiment at «Kuban» educational farm of Kuban State Agricultural University have been submitted. We have traced the direction of change of humus status of black leached soil
Текст научной работы на тему «Анализ гумусного состояния чернозема выщелоченного Западного Предкавказья»
UDC 631.422:631.445.4 (470.62)
АНАЛИЗ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ANALYSIS OF THE HUMUS CONDITION
ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЗАПАДНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ
CHERNOZEM LIXIVIOUS WESTERN CISCAUCASIA
Онищенко Людмила Михайловна, к.с.-хн., профессор, с1екапа1хр@,таЦ.ги. Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар, Россия
Onishchenko Lyudmila Mikhailovna Cand.Agr.Sci., professor, dekanatxpi5lmail.ru Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
Приведены результаты научных исследований на стационарном опыте в учхозе «Кубань» Кубанского госагроуниверситета. Прослежена направленность изменения гумусного состояния чернозема выщелоченного
The results of the research of the stationary experiment at «Kuban» educational farm of Kuban State Agricultural University have been submitted. We have traced the direction of change of humus status of black leached soil
Ключевые слова: ГУМУС, ПЛОДОРОДИЕ, ОБЩИЙ Keywords: HUMUS, FERTILITY, TOTAL NITROGEN,
АЗОТ, ЗАПАС ГУМУСА, ЗАПАС ОБЩЕГО АЗОТА HUMUS STOCK, THE STOCK OF TOTAL NITROGEN
При выращивании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений почва теряет свое плодородие, в результате чего снижается урожайность и ухудшается качество растениеводческой продукции. К тому же при антропогенном воздействии на почву и влиянии экологических факторов внешней среды показатели ее плодородия также меняются. В связи с этим необходимо проводить мониторинг ее почвенно-агрохимических показателей.
Основу плодородия почвы составляет содержание в ней органического вещества. В разнообразии процессов превращения органического вещества, вопросах образования гумуса выдвигалось и рассматривалось достаточно много мнений и теорий многими известными учеными: Р.В. Вильямсом [6], П.А. Костычевым[19] ММ Кононовой [18], А.Д. Фокиным [34], Л.Н. Александровой [4] Д.С. Орловым [25] и другимиАА Шмук [40] подошел к почвенному гумусу как к веществу, которое должно обладать способностью к таким основным превращениям органического соединения, как нитрование, гидролитическое расщепление, этерификация. Описывая составные части органического вещества, ученый указывал на его сложность и зависимость от микробиологической деятельности.
Велико значение органического вещества в процессах образования и развития почв. В.В. Докучаев, П.А Костычев, ВР. Вильямс считали биологический фактор — растительность и деятельность живых организмов -ведущими факторами почвообразования. Действие
биологического фактора на почвообразование и формирование плодородия, по мнению этих исследователей, проявляется через гумус почвы [цит по 28].
Гумус почв представляет собой сложный динамический комплекс органических соединений, образовавшихся при разложении и последующей гумификацией растительных остатков. Его содержание колеблется от 1-2 % в сероземах до 10-12 % в мощном черноземе, а запасы в метровой толще изменяются от 50 до 650-800 т/га. Важнейшими группами гумусовых веществ являются: гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК), гумин, различные группы неспецифических соединений. Наиболее значительными как в количественном отношении (85-90 % в составе гумуса), так и по роли в почвообразовании и плодородии почв являются специфические соединения, входящие в первые три из перечисленных групп [37].
Гумусное состояние почв определяется двумя противоположно направленными процессами — гумификацией остатков биоценоза и их минерализацией. В природных условиях баланс между этими процессами стабильно равновесный. Остатки биоценоза, поступившие в почву, минерализуются в течение двух лет на 70-80 %. Оставшиеся 20-30 % подвергаются гумификации. Собственно гумус также минерализуется, но значительно медленней. Среднегодовая интенсивность минерализации гумуса в пахотном слое зависит от типа почвы, его запасов в ней, вносимых удобрений: в суглинистых почвах она достигает 1,5-1,6 %, супесчаных — 1,7-1,8; песчаных — 1,9-2,0; черноземах — 0,4-0,5; серых и светло-серых почвах — 0,8-1,0 %. Минерализация под пропашными культурами в 2-3 раза выше, чем под культурами сплошного сева [2, 3].
По данным Л.М Державина, АН. Полякова, МА Флоринского и др. [8], в пахотном слое дерново-подзолистых почв потери гумуса практически за десятилетний период составили: при отсутствии органических удобрений — 12-18 % от исходного содержания — 9-17 т/га, при внесении 6-8 т/га навоза — 2-4 %, (1,7-9,1 т/га).
За чуть более чем десятилетний период использования целинных почв по
данным М.М. Кононовой [18], происходят потери гумуса: в сероземе — 70 %, в дерново-подзолистой почве — до 40, в черноземе — 7 %. По результатам исследований Д.С. Орлова [25], при бессменной культуре ежегодные потери гумуса в черноземе типичном достигают 0,5-1,0 т/га. За последнее столетие черноземы многих интенсивно распахиваемых областей мира потеряли до 30 % запасов гумуса.
В настоящее время 97,3 % пахотных угодий Российской Федерации имеют отрицательный баланс гумуса. Ежегодно содержание его в пахотных почвах разных типов уменьшается на 0,01-0,05 %, или 0,3-0,9 т/га (в среднем на 0,63 т/га в год). На Кубани в среднем за год теряется 1,5 % запасов гумуса. За последние 30 лет на Северном Кавказе практически исчезли среднегумусные и тучные черноземы, а преобладавшие малогумусные почвы перешли в разряд слабогумусных. Скорость падения содержания гумуса в пахотном слое за последние 20 лет достигла 0,05 % в год [20].
При поступлении в почву достаточного количества растительных остатков и создании условий для их более полной гумификации, по убеждению А.И. Жукова [12], возможна стабилизация гумуса. В практике это достигается оптимизацией структуры посевных площадей, правильным применением удобрений. Все это способствует росту урожаев и увеличению поступления пожнивно-корневых остатков выращиваемых культур в почву, обеспечивает воспроизводство в севообороте /4-Уз минерализовавшегося гумуса.
Гумус — основной источник азота, при этом он играет также роль его накопителя. В органическом веществе заключено 98 % всего запаса азота почвы, 80 % серы и 60 % фосфора. Естественно, что интенсивное земледелие должно базироваться на внесении в почву минеральных удобрений, однако органическое вещество почвы как источник минеральных элементов, по-видимому, еще долго сохранит свое значение [22].
В.И. Кирюшин [16] пишет, что современные подходы к управлению режимом органического вещества должны основываться на признании его ведущей роли в формировании почвенного плодородия. Воспроизводство плодородия, улучшение свойств и гумусного состояния почв современного земледелия, как отмечает В.Г. Минеев [23], успешно решаются при комплексном использовании
агрохимических средств, в частности системы органических и минеральных удобрений. Именно научно обоснованная система использования агрохимических средств позволяет оптимизировать параметры показателей плодородия почвы. Наиболее действенным средством повышения плодородия почвы, по мнению Г.В. Добровольского и Е.Д. Никитина[9], является регулярное внесение органических удобрений и прежде всего навоза. По мнению этих ученых, систематическое их внесение оказывает благоприятное влияние на почву: увеличивается содержание в ней гумуса, изменяются к лучшему физико-химические свойства, растет численность полезных микроорганизмов и дождевых червей, улучшается структура почвы.
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. Органическое вещество в целом и отдельные его группы разносторонне влияют на агрономические свойства и режимы почв[ 15, 16, 17].
На основании данных В.Н. Слюсарева, Л.М. Онищенко, Т.В. Швец, а также агроэкологического мониторинга земледелия Краснодарского края [2, 3, 32]в почвах региона содержание гумуса колеблется довольно в широких пределах от 2 до 10 %. По многочисленным данным, приведенным в этих изданиях в процессе использования их под пашню, этот важный показатель плодородия снижается. Так, на территории землепользования Краснодарского НИИСХ содержание гумуса в выщелоченных черноземах снизилось с 5,71 % до 3,42 %. По данным «Кубань НИИ гипрозем»(1991) на опытном поле Кубанского ГАУ, в черноземе выщелоченном содержание гумуса за 42 года наблюдения снизилось с 4,3 до 3,1 %, а его запасы уменьшились на 90 т/га [10,13, 29, 32].
Оценка содержания гумуса в почвах дифференцирована в зональном аспекте. Для черноземов по содержанию гумуса в аккумулятивно-гумусовом горизонте выделяют следующие виды: слабогумусированные-менее 3 %; малогумусированные
— 3-5; средне-гумусированные — 5-7; многогумусные — 7-9; тучные — более 9 %[17]. В соответствии с этой оценкой почв по содержанию гумуса чернозем выщелоченный стационарного опыта из малогумусного перешел в слабогумусный.
Со времен обследования почв В.В. Докучаевым (1875) до 1930 г. темпы снижения гумуса в черноземах составляли 0,01 % в год, в 1930-1950—е годы — до 0,03 %, 1960-1980-е — 0,05 %. Зафиксировано снижение содержания гумуса в типичном и обыкновенном черноземах. В среднем за год потери гумуса по Краснодарскому краю составляют 1,2 т/га, его массовая доля снижается на 0,03 % во всех подтипах чернозема. Черноземами утрачено около 30 % гумуса. [5].
Обобщая результаты исследований МИ. Дергачевой, Л.О. Карпачевский[14] отмечает, что в течение сезона содержание гумуса в слое Ах может изменяться. Обычно к концу лета (август) формируется наиболее стабильное гумусовое состояние почвы. Содержание гумуса в почве в летние месяцы может снижаться на 0,01 %от массы почвы, иногда больше. В черноземах содержание гумуса варьирует как в течение года, так ив многолетних циклах. В пахотных почвах эта динамика осложняется (усиливается) вспашкой, внесением удобрений. Л.О. Карпачевский[14] обращает внимание на зависимость накопления и сработки гумуса от глубины залегания горизонта. В слое 0-25 см при зарастании пашни кустарником (естественное восстановление растительного покрова) содержание гумуса увеличивается со скоростью 0,5 т/га в год, в слое 25-70 см со скоростью 0,1 т/га в год. Деятельность человека кардинально изменяет почву. Сработка гумуса в погребенном слое 20-25 см идет со скоростью 0,15 % в год, в слое 25-30 см — 0,015 %, т.е. на порядок медленнее. Это объясняет, почему гумусовые слои сохраняются при погребении очень долгое время.
Мониторинговый анализ гумусного состояния черноземов за последние 45-50 лет по зонам Краснодарского края показал, что произошли существенные его количественные и качественные изменения [30]. Одной из причин явилось увеличение коэффициента распаханности территории, который в данном агроландшафте и так превышал допустима нормы. Нарушение почвенно-экологического равновесия в агроэкосисгемах: интенсивная обработка почвы, значительно интенсифицировало минерализацию органического вещества в
черноземах Кубани и повлекло начало деградационных процессов. Кроме того, установлено, что черноземы со временем потеряли свое исходное плодородие, за счет дефляционных и эрозионных процессов. Сравнение данных до распашки черноземов и в последующие периоды использования их под пашню с аналогичными показателями последних лет убедительно свидетельствуют, что за этот период черноземами потеряно до 40-42 % гумуса. Так, например, если в 1924 г. И.З. Имшенецким в районе страницы Новогиторовской было определено содержание гумуса в количестве 6,3 %, то в в 1984 г. институтом «КубаньНИИгипрозем» в этом же месте было установлено только 3,7 %, а в 2003 г. — 3,45 %[циг по 11].
Используя данные В.В. Докучаева[10], П.А. Курчатова [2, 3], Б.А. Захарова, Л.П. Леплявченко [13] и А.И. Столярова, Л.М. Онищенко [31], опубликованными ранее в агроэкологическом мониторинге земледелия Краснодарского края [2,3] по содержанию гумуса и общего азота в черноземе выщелоченном и сравнивая их с результатами исследований, полученными нами к концу третьей ротации зернотравяно-пропашного севооборота в условиях стационарного многофакторного опыта кафедры агрохимии в учхозе «Кубань», нами прослежено изменение этих показателей за 137 летний период. Рассчитаны запасы гумуса и общего азота почвы, а также отклонения этих показателей от предыдущих значений и ежегодная убыль этих характеристик от вовлечения чернозема в пашню до настоящего времени.
Цепь работы — проследить направленность и количественные изменения во времени гумусного состояния и содержания общего азота в почве. Объект исследований — чернозем выщелоченный слабогумусный сверхмощный легкоглинистый на лессовидных тяжелых суглинках.
Методика исследований. Все лабораторные исследования выполнялись в соответствии со стандартами и в соответствии с принятыми методами исследования почв: общее количество азота по методу Кьельдаля, который стандартизирован ИСО 11261 26107-84 «Почвы. Методы определения общего азота», ГОСТ 29269-91. «Почвы. Общие требования к проведению анализов», «Почвы. ГОСТ 26213-91. Методы определения органического вещества»[35].
Результаты исследований. По определению многих ученых интегральным
показателем плодородия почвы является содержание в ней гумуса. Данные по его содержанию и содержанию общего азота, а также расчетные цифры их запасов в пахотном слое чернозема выщелоченного свидетельствуют об изменении потенциального плодородия чернозема выщелоченного(таблица 1).
Таблица 1 -Содержание гумуса, содержание общего азота и их запасыот вовлечения чернозема в пашню до настоящего времени, в0-20 см слое
Показатель 1875* 1928 1958 1980 2000** 2012
Гумус, % 5,72 4,98 4,05 3,42 3,32 2,93
Отклонение — 0,74 0,93 0,63 0,10 0,39
Ежегодная убыль — 0,014 0,031 0,029 0,010 0,032
Запас гумуса, т/га 137 119 97 82 79 71
Отклонение — 1,8 2,2 1,5 о,з 0,8
Ежегодная убыль — 0,033 0,073 0,068 0,015 0,066
Черноземы обыкновенные
Обыкновенные черноземы приурочены к северной части степной зоны с семиаридным климатом. Они формируются на лёссах и лёссовидных суглинках или элюводелювии коренных пород, преимущественно глинисто-суглинистого состава, под разнотравно-дерновиннозлаковыми северными (настоящими) степями. В настоящих степях по сравнению с луговыми в составе растительности снижается количество разнотравья и корневищных злаков и относительно увеличивается количество корней по сравнению с надземной частью растений. Водный режим непромывной, сквозное или глубокое промачивание в этих почвах бывает очень редко.
Морфологическое строение профиля
(О) — Аv — А(са) — ABca — Bca — BCса — Cca
Обыкновенные черноземы имеют хорошо выраженный гумусовый горизонт темно-серого или черного цвета отчетливой зернистой или зернисто-комковатой структуры. Мощность прокрашенной гумусом толщи (А+АВса) обычно 40–80 см. Нижняя граница гумусового горизонта может иметь различный вид. В отличие от постепенного ослабления темной гумусовой окраски в почвах европейской части ареала, в черноземах Западной Сибири граница гумусового горизонта имеет языковатую или карманистую форму. Вскипание от HCl отмечается внизу горизонта А(са) или в верхней части АВса. Карбонатные выделения появляются несколько ниже линии вскипания в виде редкого псевдомицелия или неясных пропиточных пятен, их максимум в форме белоглазки сосредоточен в горизонте Bca. На глубине 300–500 см могут наблюдаться выделения гипса и легкорастворимых солей.
Основные почвообразовательные процессы
Хозяйственное использование
Обыкновенные черноземы характеризуются высоким естественным плодородием, их распаханность очень высокая (в отдельных регионах до 60–70%). Основное направление сельского хозяйства на этих почвах — зерновое (яровая и озимая пшеница, кукуруза). Значительные площади занимают технические культуры (сахарная свекла, табак, подсолнечник). Развито мясомолочное животноводство. В пахотных почвах широко распространены водная и ветровая эрозия, дегумификация, переуплотнение. При сельскохозяйственном использовании большое значение имеют мероприятия по накоплению и сбережению влаги в почве и защите почв от эрозии. Для получения высоких урожаев эффективно совместное внесение минеральных и органических удобрений.
Аналитическая характеристика чернозема обыкновенного [35]
Свойства
Обыкновенные черноземы близки по свойствам к типичным, но процесс гумусонакопления в них ослаблен, содержание гумуса быстро падает с глубиной. Гумусовый горизонт, с содержанием гумуса 5–8% при тяжелом гранулометрическом составе и 4–5% — при легком, характеризуется прекрасной макро- и микроструктурой. Состав гумуса гуматно-кальциевый (Сгк/Сфк около 2). Почвы характеризуются нейтральной реакцией, высокой емкостью поглощения (40–55 ммоль (экв.)/100 г почвы) и полностью насыщенным основаниями поглощающим комплексом. Распределение по профилю илистой фракции, полуторных оксидов и кремнезема равномерное. Хорошо выраженная водопрочная структура обусловливает благоприятный водно-воздушный режим.
Схематический почвенно-геоморфологический профиль с черноземами обыкновенными в условиях эрозионного рельефа. Степь. Среднерусская возвышенность [1]
Микроморфологическая характеристика
А Характеризуется темно-серым цветом, губчатым микросложением, многопорядковой организацией агрегатов, очень большим количеством экскрементов почвенной мезофауны (дождевых червей, энхитреид и др.), высокой меж- и внутриагрегатной пористостью, преобладанием скоагулированного темноокрашенного гумуса (гумус типа «мулль») и высокого количества мелких сильноразложенных растительных тканей, плазма глинисто-гумусовая, изотропная.
АВса Неоднородный по микростроению, присутствуют зоны и агрегаты с разным содержанием тонкодисперсного темного гумуса, преобладает карбонатно-глинистая плазма с кристаллитовой оптической ориентацией, в отдельных зонах плазма глинисто-гумусового состава, материал пористый, с большим количеством биогенных пор, появляется мелкозернистый кальцит в отдельных порах
Вса Отличается глинисто-карбонатной плазмой с кристаллитовой оптической ориентацией и большим разнообразием карбонатных новообразований — преобладает рассеянный микрозернистый кальцит в основной массе, повышенные его концентрации вокруг и внутри пор, встречаются мелкозернистые новообразования в порах каналах, игольчатая форма кальцита образует кутаны в биогенных порах-каналах.
ВСса Высокопористый микроагрегированный материал с глинисто-карбонатной кристаллитовой плазмой, встречаются округлые карбонатно-глинистые агрегаты-ооиды с концентрической оптической ориентацией глины, в биогенных порах каналах встречаются мелкозернистые кристаллы кальцита [46, 182].
В.М. Колесникова, М.П. Лебедева-Верба
Гель-хроматограмма гуминовых веществ
Молекулярно-массовое распределение системы гуминовых кислот чернозема отражает высокую степень трансформации органических остатков. Процесс гумификации заходит настолько глубоко, что практически полностью исчезают остатки исходных высокомолекулярных биополимеров и протогуминовые вещества. Доминируют молекулярные фракции «зрелых» гуминовых кислот с высоким содержанием углерода (до 60%) и значительной долей ароматических фрагментов в составе молекул. В составе молекул практически отсутствуют алифатические фрагменты полисахаридов и белков, источником которых являются органические остатки.
В.В. Демин, Ю.А. Завгородняя
- Черноземы обыкновенные, масштаб 1:60 000 000
Морфологические, химические и физические свойства черноземных почв
Почвоведение.
Автор admin На чтение 5 мин Просмотров 1.2к. Опубликовано 20.04.2019
Развитие черноземной стадии почвообразовательного процесса находит свое отражение как в морфологических, так и в физических и химических свойствах черноземных почв.
Одним из основных и характерных свойств черноземов является высокое содержание в них перегноя и, как следствие этого; черная окраска, благодаря которой эти почвы и получили свое название. И действительно, большинство разновидностей черноземных почв содержит в среднем 8—12% перегноя, но нередко это количество повышается до 15%, а иногда до 18 и даже до 20% от общего веса почвы.
Накопление столь огромного количества перегноя является наиболее существенной особенностью, свойственной черноземным почвам. Вместе с тем, перегнойный горизонт описываемых почв отличается большой мощностью, достигающей иногда 1 —1,5 м, и, что весьма существенно, количество перегноя в нем убывает книзу постепенно, без тех резких переходов, которые свойственны дерново-подзолистым и подзолистым почвам.
В качестве иллюстрации к сказанному приведем следующее описание профиля типичного чернозема.
Горизонт А — 0—55 см. Окраска почти черная, равномерная; структура зернистая, очень прочная; структурные агрегаты в подавляющем большинстве имеют диаметр 2—3 мм. Густо пронизан корнями травянистой растительности. Горизонт наибольшей аккумуляции перегноя. Содержание перегноя убывает книзу весьма постепенно.
Горизонт В — 55—125 см. Окраска черно-бурая, неравномерная, переходящая книзу в палево-серую. Структура комковатая. Менее густо пронизан корнями. В нижней части изобилует выделениями карбонатов кальция в виде конкреций «белоглазки» и «журавчиков». Бурно вскипает с соляной кислотой. Переход к следующему горизонту незаметный.
Горизонт С — глубже 125 см. Лёсс палевой окраски, пористого сложения, местами вертикально-трещиноватый.
Из приведенного описания наглядно видно, что в профиле черноземных почв нет резкой дифференциации почвенной толщи на горизонты. Постепенность перехода перегнойного горизонта в материнскую породу красноречиво говорит об отсутствии в данных почвах сильного выноса или выщелачивания, а в связи с этим, следовательно, и о богатстве этих почв необходимыми для растений питательными элементами.
Сказанное может быть наглядно проиллюстрировано данными валового анализа черноземных почв (табл. 43).
Из приведенных данных видно что в черноземных почвах только карбонаты кальция в заметной степени подвержены передвижению в нижние слои почвы; об этом говорит явное
возрастание содержания СаО по мере углубления в почву.
Что же касается других составных частей почвы, то, судя по равномерности их распространения по отдельным’ горизонтам, они почти совсем не затронуты процессами выщелачивания.
Из приведенных валовых анализов явствует и большая обогащенность черноземных почв органическими и минеральными соединениями, которые являются основным источником образования питательных веществ для растений.
Поскольку перегнойный горизонт в черноземных почвах достигает большой мощности, то очевидно, что общее содержание зольной и азотной пищи в них очень велико. Среди элементов пищи здесь следует отметить прежде всего азот, общее содержание которого в самом верхнем горизонте описываемых почв равно 0,2—0,5%, но нередко достигает 0,6%. Содержание Р2О5 в верхнем слое колеблется обычно от 0,1 до 0,2%, содержание К2О — около 2%.
Слабое промывание почв степной черноземной зоны почти не сказывается на их механическом составе. Поэтому в отличие от дерново-подзолистых и подзолистых почв в черноземных почвах не наблюдается сколько-нибудь заметного опесчанивания верхних горизонтов, т. е. передвижения по почвенной толще вниз мельчайших илистых частичек. Наглядной иллюстрацией к сказанному могут служить данные табл. 44.
Сопоставляя между собой различные горизонты, нетрудно убедиться, что существенного различия между ними в отношении механического состава не наблюдается. Как верхние, так и нижние горизонты характеризуются примерно равным содержанием одинаковых механических фракций. Некоторые же различия в механическом составе по горизонтам (табл. 44) должны быть отнесены главным образом за счет неполной однородности самой почвообразующей породы.
Благодаря наличию карбонатов кальция и магния в материнской породе, а также вследствие слабой промываемости атмосферными осадками черноземные почвы обладают высокой степенью насыщенности основаниями (табл. 45).
Из этой таблицы видно, что черноземные почвы насыщены главным образом двумя катионами: кальцием и магнием, причем преобладающее место занимает кальций, относительное содержание которого достигает 90,4% от всей суммы поглощенных оснований. Наибольшая величина емкости поглощения обнаруживается в самом верхнем слое почвы, заключающем максимум гумуса; книзу емкость поглощения постепенно уменьшается, достигая своего минимума на глубине 90—105 см.
Благодаря богатству перегноем и насыщенности кальцием черноземные почвы обладают прочной зернистой структурой, а в связи с этим и благоприятными водными, воздушными и тепловыми режимами (табл. 46).
Зернистая структура, обусловливая свободный газообмен, исключает тем самым возможность образования и накопления в описываемых почвах каких-либо ядовитых для растений недоокисленных или закисных соединений. Будучи насыщенными основаниями, черноземные почвы в большинстве случаев обладают нейтральной реакцией, наиболее отвечающей потребности культурных растений. В более редких случаях реакция почвенного раствора в данных почвах бывает слабокислой или слабощелочной.
Общее количество воднорастворимых соединений в черноземах обычно невелико и редко достигает 0,1%, в большинстве
случаев измеряясь сотыми долями процента. При этом извлекаемые водой вещества наполовину состоят из органических, наполовину из минеральных соединений.
Количество растворимого в воде перегноя в черноземах весьма незначительно и обычно колеблется от 0,02 до 0,05%. Реакция водной вытяжки почти нейтральная, лишь в нижних горизонтах она становится слегка щелочной, что видно из табл. 47.
Обобщая все вышеизложенное, можно сказать, что черноземные почвы как среда для культурных растений обладают высоким содержанием перегноя и мощным перегнойным горизонтом; заключают в себе значительное количество зольной и азотной пищи для растений; будучи насыщены Са и Mg , обладают нейтральной или близкой к ней реакцией, ясно выраженной прочной зернистой структурой; не содержат в себе закис-ных и недоокисленных, ядовитых для растений веществ; обладают весьма благоприятными водными, воздушными и тепловыми свойствами, а вместе с тем и благоприятным пищевым режимом.
Гаркуша, И.Ф. Почвоведение/ И.Ф. Гаркуша.- Л.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962.- 448 с.
Какой процент перегноя содержится в черноземных почвах
В статье представлены результаты изучения влияния различных систем обработки на содержание, распределение по профилю и запас гумуса (слои 0–20 см, 0–100 см) в черноземе обыкновенном карбонатном южной зоны Ростовской области. Установлено, что содержание и запас гумуса в черноземе обыкновенном существенно зависит от способа основной обработки. В среднем за 4 года исследования максимальное содержание гумуса в верхнем горизонте было выявлено в почве целинного участка (5,3 %), что соответствует повышенной степени гумусированности. Длительное применение отвальной обработки на территории хозяйства (59 лет) привело к существенному снижению содержания гумуса в почве (на 25,0 %). Многолетнее использование ресурсосберегающих технологий способствует постепенной стабилизации гумусного состояния чернозема обыкновенного карбонатного. Применение прямого посева увеличивает содержание гумуса по сравнению с вспашкой на 0,72 %, минимальной обработки – на 0,9 %, степень гумусированности повысилась практически до уровня почвы целинного участка. Запас гумуса в почве целинного участка (слои 0–20 см и 0–100 см) характеризовался как средний (105,03 т/га) и высокий – 525,15 т/га соответственно. Отвальная обработка значительно интенсифицировала минерализацию органического вещества почвы, что привело к существенному снижению запаса гумуса. Применение минимальной обработки и прямого посева, напротив, позволяет сохранить высокий уровень запаса гумуса (в метровой толще 554,83 т/га и 476,66 т/га соответственно). Следовательно, в агроценозах при минимизации обработки почв создаются более благоприятные условия для накопления органического вещества.
чернозем обыкновенный
минимальная обработка
прямой посев
1. Полоус В.С. Разработка элементов адаптивной системы основной обработки почвы в зернопропашном севообороте на черноземе обыкновенном в зоне недостаточного увлажнения: автореф. дис. … д. с-х н. – пос. Персиановский, 2012. – 50 с.
2. Новиков А.А. Современное состояние и пути сохранения гумусного и азотного фонда черноземов Северного Кавказа: автореф. дис. … д. с-х. н. – Новочеркасск, 2002. – 47 с.
3. Безуглова О.С. Гумусное состояние почв Юга России. – Ростов-н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. – 221 с.
4. Шеуджен А.Х. Агрохимия чернозема. – Майкоп: ОАО «Полиграф-Юг», 2015. – 232 с.
5. Шеуджен А.Х. Органическое вещество почвы и его экологические функции: учеб. пособие / А.Х. Шеуджен, Н.Н. Нещадим, Л.М. Онищенко. – Краснодар: КубГАУ, 2011. – 202 с.
6. Tuguz R.K., Mamsirov N.I., Sapiev Yu.A. The influence of ways of tillage on agrophysical properties of the drained chernozems // Agriculture. – 2010. – № 7. – Р. 23–27.
7. Романенко А.А., Васюков П.П. Кто поставит точку в войне с землей // Земледелие. – 2006. – № 6. – С. 23–25.
8. Зональные системы земледелия Ростовской области на 2013–2020 годы. Часть 1 [Электронный ресурс]: / Под общ. ред. В.Н. Василенко. – Ростов-н/Д.: Мин. с/х и продовольствия Рост. обл., 2013. – 248 с.
9. Агафонов Е.В. Использование птичьего помета в земледелии Ростовской области: научно-практические рекомендации / Е.В. Агафонов, Р.А. Каменев, В.А. Ефремов, Д.А. Манашов, А.А. Бельгин, А.А. Громаков, В.В. Турчин, С.М. Иванов. – пос. Персиановский: Изд-во Донского ГАУ, 2016. – 86 с.
10. Концепция развития агропромышленного комплекса Ростовской области на 2020 г. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.donland.ru/Donland/Pages/View.aspxpageid=75189&mid=128186&itemId=129 (дата обращения: 03.11.17).
11. Романенко В.А. Динамика запасов почвенного углерода в агроценозах европейской территории России (по данным длительных агрохимических опытов): автореф. дис. … д.б.н. – Москва, 2011. – 47 с.
12. Медведева А.М., Бирюкова О.А., Божков Д.В. Плодородие чернозема обыкновенного при различных способах обработки. – LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. – 65 с.
13. Когут Б.М. Оценка содержания гумуса в пахотных почвах России // Почвоведение. – 2012. – № 9. – С. 944–952.
14. Назаренко О.Г., Пашковская Т.Г., Продан В.И., Чеботникова Е.А. Нормативы основных показателей плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения Ростовской области. – пос. Рассвет: ГЦАС «Ростовский», 2011. – 68 с.
Важнейшим элементом технологии, влияющей на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, является система основной обработки почвы, имеющая широкий диапазон – от традиционной вспашки до прямого посева с множеством вариантов безотвальных комбинаций и разных условий минимализации. Меняя способы основной обработки почвы, можно коренным образом изменить ее профиль и тем самым повысить плодородие [1, 2].
Гумусное состояние служит важным показателем плодородия почв и их устойчивости как компонента биосферы. Содержание гумуса относится к группе показателей, которая более динамична по сравнению с гранулометрическим и минералогическим составом и менее – по сравнению с физико-химическими свойствами почв и содержанием основных элементов питания [3, 4]. Гумусное состояние почв определяется двумя противоположно направленными процессами – гумификацией и минерализацией остатков биоценоза. В природных условиях баланс между этими процессами стабильно равновесный. Органические остатки растительного и животного происхождения, поступившие в почву, минерализуются в течение двух лет на 70–80 %. Оставшиеся 20–30 % подвергаются гумификации. Собственно, гумус также минерализуется, но значительно медленней (1,5–2,0 % исходных годовых запасов) [5]. Являясь одним из самых стабильных показателей, количество гумуса отражает уровень антропогенного воздействия [3].
Использование высокозатратной традиционной технологии с плужной обработкой почвы показало свои негативные последействия в плане нарушения природного плодородия почвы и ее деградации [6]. Обыкновенные черноземы содержат уже как минимум наполовину меньше гумуса в своем профиле [7]. Основной причиной дегумификации являются эрозионные процессы. Водной эрозии в южной зоне Ростовской области подвержено 25,0 % от общей территории, дефлированных почв – 23,0 %. Согласно «Зональным системам земледелия Ростовской области на 2013–2020 годы», доля плоскорезной и безотвальной обработки в южных районах области, где периодически появляются пыльные бури, должна составлять 61,0 % площади пашни [8]. По данным В.С. Полоуса [1] минимальная обработка почв при сохранении стерни повышает ветроустойчивость почвы до 82–95 %, полностью устраняет развитие процессов ветровой эрозии при скорости ветра 16–25 м/с. Кроме того, уменьшение содержания гумуса связано с отсутствием поступления свежего органического опада, усилением минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки, повышением степени аэрации почв, усилением жизнедеятельности живой фазы почв. Недостаточное внесение органических и минеральных удобрений также является существенной причиной дегумификации почв. По данным Е.В. Агафонова [9], в Ростовской области с 1990 до 2014 гг. среднее суммарное количество минеральных удобрений (NPK) составило 55,5 кг/га, а органических – 1,66 т/га, что недостаточно для поддержания оптимального уровня плодородия. В концепции развития агропромышленного комплекса Ростовской области указано, что для покрытия дефицита гумуса необходимо вносить в почву при сложившейся структуре посевных площадей ежегодно 28 млн тонн органических удобрений и увеличить количество минеральных удобрений до 80 кг/га [10]. Однако исследования В.А. Романенко [11] показали, что в южном регионе России традиционные агротехнологии приводят к устойчивым потерям органического углерода почвы, и изменения систем удобрения, севооборотов, сроков сева не позволяют поддерживать заданные запасы органического вещества почвы. Поэтому перспективным является внедрение прогрессивных ресурсосберегающих технологий на основе минимальной обработки почвы и прямого посева.
Цель исследования – изучить влияние различных систем основной обработки на содержание и запас гумуса в черноземе обыкновенном южной зоны Ростовской области.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования послужил чернозем обыкновенный карбонатный мощный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке ЗАО им. С.М. Кирова Песчанокопского района Ростовской области. На территории хозяйства минимальная обработка почв используется с 2000 г, прямой посев – с 2008 г. В течение четырех лет (2013–2016 гг.), нами проведены экспедиционные исследования с целью определения влияния современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на состояние плодородия почв Нижнего Дона. В производственных посевах озимой пшеницы было заложено четырнадцать полнопрофильных разрезов: 6 – при использовании прямого посева (Semeato TDNG-420 производства Бразилия); 5 – минимальная обработка на глубину 10–12 см (БДТ-3); 3 – отвальная обработка (вспашка на глубину 25–27 см, ПЛН-4-35). Для сравнения отобраны образцы почвы из четырех полнопрофильных разрезов на целинном участке. Пробы почвы отбирали по почвенным горизонтам с последующим выделением среднего образца. Содержание гумуса определяли методом И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-91. Анализы почвенных образцов выполнены в лаборатории кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ в трехкратной повторности, за конечный результат принималось среднее между тремя показателями. Дисперсионный анализ полученных результатов проводили в программе STATISTICA 10.
Результаты исследования и их обсуждение
Согласно проведенным исследованиям, в черноземе обыкновенном южной зоны Ростовской области наблюдается накопление гумуса в верхних горизонтах (Ад и Апах). Вниз по профилю происходит закономерное снижение содержания гумуса, что характерно для данного типа почв. В соответствии с оценкой почв по содержанию гумуса в гумусовом горизонте черноземы обыкновенные исследуемой территории являются в основном малогумусными [12].
В среднем за 4 года исследования максимальное содержание гумуса в верхнем горизонте было выявлено в почве целинного участка (5,3 %), что соответствует повышенной степени гумусированности [13]. Применение вспашки на территории хозяйства в течение 59 лет привело к снижению содержания гумуса на 1,3 %, что повлияло и на степень гумусированности, она характеризуется как средняя (рис. 1). Это означает, что почвы утратили трансформируемое органическое вещество по отношению к его содержанию на целине в результате биологической минерализации.
Рис. 1. Профильное распределение гумуса в черноземе обыкновенном карбонатном в среднем за годы исследования, %
Изменение содержание гумуса от сильногумусированных до среднегумусированных может быть признано допустимым, так как в этих пределах предполагается потеря органического вещества, которая может быть восполнена внесением органических удобрений [13]. Кроме того, при вспашке наблюдается более резкий характер изменения этого показателя вниз по профилю, нежели при использовании минимальной обработки.
Результаты исследований показали, что многолетнее использование ресурсосберегающих технологий способствует постепенной стабилизации гумусного состояния чернозема обыкновенного карбонатного южной сельскохозяйственной зоны Ростовской области (рис. 1). Применение прямого посева увеличивает содержание гумуса по сравнению с вспашкой на 0,72 %, минимальной обработки – на 0,9 %; степень гумусированности повысилась практически до уровня почвы целинного участка. Содержание гумуса в пахотном горизонте чернозема обыкновенного при использовании прямого посева и минимальной обработки варьирует в пределах 4,2–5,0 %, что соответствует оптимальному содержанию согласно нормативам основных показателей плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения Ростовской области [14]. Таким образом, содержание гумуса в черноземе обыкновенном карбонатном зависит от способа основной обработки, что подтверждается результатами дисперсионного анализа (рис. 2).
Рис. 2. Влияние способа основной обработки на содержание гумуса в черноземе обыкновенном (в среднем для горизонтов А + АВ)
Рис. 3. Запас гумуса при различных способах основной обработки чернозема обыкновенного в среднем за годы исследования, т/га: а) в слое 0–20см, б) в слое 0–100 см
Результаты исследования согласуются с данными В.С. Полоуса [1], полученными на черноземе обыкновенном в зернопропашном севообороте. Автором было показано, что применение энерго- и ресурсосберегающих приемов основной обработки почвы положительно сказалось на пищевом режиме почвы, повысило микробиологическую активность, создало оптимальные условия для сохранения и некоторого увеличения гумуса в слое почвы 0–30 см.
Расчеты запаса гумуса подтверждают выявленные закономерности. Запас гумуса в почве целинного участка (слои 0–20 см и 0–100 см) характеризовался как средний (105,03 т/га) и высокий – 525,15 т/га соответственно (рис. 3). Отвальная обработка значительно интенсифицировала минерализацию органического вещества чернозема обыкновенного карбонатного, проявление эрозионных процессов в исследуемом регионе, что привело к существенному снижению запаса гумуса. В слое 0–20 см уровень этого показателя гумусного состояния почвы характеризуется как низкий (69,76 т/га), в слое 0–100 см – средний (348,78 т/га).
Систематическое поступление растительных остатков, применение рациональных доз минеральных удобрений, благоприятные экологические условия (влажность, температура) способствовали восполнению органического вещества над его минерализацией при использовании ресурсосберегающих технологий. Многолетнее применение минимальной обработки (16 лет) и прямого посева (8 лет) позволяет повысить уровень запаса гумуса (в метровой толще 554,83 т/га и 476,66 т/га соответственно) после длительной вспашки, что подтверждается результатами дисперсионного анализа (рис. 4).
Рис. 4. Влияние способа основной обработки на запас гумуса в черноземе обыкновенном карбонатном в среднем за годы исследования: а) в слое 0–20см, б) в слое 0–100 см
Заключение
С точки зрения оптимизации гумусного состояния чернозема обыкновенного карбонатного в зоне неустойчивого увлажнения наиболее эффективны ресурсосберегающие способы основной обработки, в том числе и прямой посев.
Исследование выполнено при государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-9072.2016.11).