АГРОХИМИЯ, 2015, № 9, с. 3-13
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв
УДК 631.417.2:631.425.4:631.445.24
АГРОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЛАБИЛЬНЫХ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ И СТРУКТУРЫ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ*
© 2015 г. М.А. Яшин1, Т.Н. Авдеева1, Б.М. Когут1, Л.Г. Маркина1, В.М. Семенов2,
С.И. Тарасов3, А.С. Фрид1
Почвенный институт им. В.В. Докучаева 119017 Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Россия E-mail: kogutb@mail.ru 2 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения 142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2, Россия E-mail: v.m.semenov@mail.ru 3Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа 601390 пос. Вяткино Владимирской обл., Россия E-mail: vnion@vtsnet.ru
Поступила в редакцию 04.02.2015 г.
По результатам длительных полевых опытов, физического и химического фракционирования образцов дерново-подзолистой супесчаной почвы проведена оценка влияния типов землепользования на структурно-агрегатный, количественный и качественный состав лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) почвы. Показано, что водоустойчивость структуры и содержание ЛГВ в почве и наиболее агрономически ценных агрегатах 2-1 мм существенно больше в вариантах с регулярным избыточным поступлением растительных остатков и навоза по сравнению с таковыми бессменного чистого пара. Установлено наличие тесной связи показателей содержания Собщ, Сорг и Слгв с типом землепользования и размером агрегатов различной водоустойчивости: доли влияния этих факторов и их взаимодействия составили соответственно 37-44, 28-35, 26% от общего варьирования.
Ключевые слова: агрогенная трансформация, лабильные гумусовые вещества, агрегатная структура почвы, дерново-подзолистая супесчаная почва.
ВВЕДЕНИЕ
Органическое вещество является важнейшим компонентом, выполняющим многочисленные эколого-биосферные и биогеоценотические функции в формировании почв и регулировании уровня их плодородия. Оно определяет особенности целого ряда почвенных свойств и режимов, в том числе структуру почвы. Многообразие функций, выполняемых почвенным органическим веществом (ПОВ), зависит от его количественного и качественного состава, закономерно обусловленного факторами почвообразования [1, с. 175]. Изменение содержания и качества органического вещества (ОВ) сопровождается преобразованием физического состояния почв. Установлено, что
* Работа проведена при финансовой поддержке РНФ, проект № 14-26-00079.
снижение содержания органического вещества в пахотном слое почв по сравнению с гумусовыми горизонтами целинных почв приводит к ухудшению его структурного состояния: увеличению глыбистости, уменьшению содержания агрегатов агрономически ценного размера, снижению водоустойчивости и пористости агрегатов [2].
В настоящее время исследователи проявляют большой интерес к проблеме физической стабилизации органического углерода (Сорг) в почве, выявлению взаимосвязей между органическими компонентами почвы и агрегацией ее твердой фазы. ОВ служит связующим материалом и ядром формирующихся агрегатов, а сами агрегаты считаются основным местом аккумуляции Сорг в почве [3].
Основные принципы такого сопряженного подхода были сформулированы уже в первой половине ХХ века отечественными учеными К.К. Гедройцем,
И.Н. Антиповым-Каратаевым, П.В. Вершининым, А.Ф. Тюлиным. Работы Д.В. Хана [4] послужили итогом предыдущего этапа исследований и дали импульс к развитию дальнейших исследований на основе новых методов. В современных исследованиях применяются комбинации методов физического, химического фракционирования и изотопного анализа.
Классические методы физического фракционирования по размеру элементарных почвенных частиц и агрегатов широко используются в аналитической практике и имеют ряд преимуществ по сравнению с другими методами. Они менее разрушительны, чем процедуры химического фракционирования, их результаты дают более объективное представление о строении и функциях ПОВ in situ, а также о локализации частиц твердого органического вещества внутри и между агрегатами [5]. Вместе с тем физическое фракционирование не раскрывает прочности внутренних и внешних химических связей [3].
Особая роль в повышении эффективного плодородия пахотных почв отводится лабильной и трансформируемой части органического вещества почвы, т. к. она непосредственно участвует в обеспечении растений элементами питания [6-9] и в процессах образования агрономически ценной структуры почвы, определяющей физические условия почвенного плодородия. Разработан целый спектр способов и методов оценки лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) и биологически активного вещества [8, 10]. Химические методы извлечения ЛГВ с помощью водных и солевых вытяжек получили широкое распространение в аналитической практике благодаря простоте выполнения и хорошей воспроизводимости. К недостаткам методов следует отнести отсутствие идеального растворителя или процедуры экстракции, обеспечивающих полное выделение ЛГВ и исключающих вероятность их автоокисления или реполимеризации при анализе [11, 12].
Важным фактором, регулирующим содержание и стабилизацию почвенного органического вещества, является тип землепользования, т.к. он влияет на количество и качество растительных остатков, поступающих в почву, процессы трансформации углерода в биогеохимическом цикле. Землепользование и обработки почвы могут изменить не только общее количество ПОВ, но и относительную значимость процессов его стабилизации. В ряде экспериментов установлено, что чувствительность почвенной структуры к изменению землепользования и обработки зависит как от размеров агрегатов, так и от динамики их
образования. Наибольшей чувствительностью к этим воздействиям характеризуются макроагрегаты (размером >0.25 мм) с относительно большой продолжительностью периода оборота органического углерода. Для микроагрегатов характерна меньшая чувствительность к агрогенным воздействиям, более тесная связь динамики образования агрегатов с устойчивостью ПОВ и долговременная секвестрация углерода [13].
Цель работы - оценка влияния типов землепользования на количественный и качественный состав лабильных гумусовых веществ, извлекаемых нейтральной пирофосфатной вытяжкой из дерново-подзолистой супесчаной почвы, и их роли в формировании структуры почвы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования были дерново-сильноподзолистые слабоглееватые супесчаные почвы целинных, залежных и пахотных земель на территории Мещерской низменности (Владимирская обл., Судогодский р-н).
Исследованный массив включал: варианты длительных стационарных опытов ВНИИ органических удобрений и торфа с системами удобрения культур зернопропашного севооборота (опыт 1) и бессменных трав (опыт 2), залежь, бессменный чистый пар с защитной полосы между двумя смежными полями опыта, целинный участок под лесным массивом, примыкающим к опытному полю.
Двучленный почвенный профиль сформирован на неоднородных моренных отложениях. В пахотном горизонте >70% механических элементов представлено песчаной фракцией, при этом доля крупного песка достигала 43%, физической глины - 15.1%, ила - 5.0%. На глубине 40-60 см при переходе к подстилающей породе отмечаено утяжеление гранулометрического состава горизонтов до среднесуглинистого.
Перед закладкой опыта 1 почва в слое 0-20 см характеризовалась следующими показателями: рНкс1 6.2-6.5, гидролитическая кислотность (по Каппену) - 1.0-2.2 мг-экв/100 г, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гилькови-цу) - 4.8-5.3 мг-экв/100 г, Р2О5 (по Кирсанову) -1.4-2.5 мг/100 г, К2О (по Масловой) - 6.3-10.4 мг/100 г почвы, содержание гумуса (по Тюрину) - 1.05-1.17%. Почва опыта 2 отличалась кислой реакцией среды, более высоким содержанием подвижного фосфора (5.6-6.8 мг/100 г почвы) и гумуса (1.34-1.39%) [14, 15].
В севообороте с чередованием культур: однолетний люпин-озимая пшеница-картофель-ячмень подстилочный навоз вносили под озимую пшеницу и картофель. В опыте с многолетними травами выращивали кострец безостый. В варианте с органическим удобрением вносили бесподстилочный навоз в дозе, эквивалентной N700 ежегодно.
Для данного исследования из почвы каждого варианта опыта отбирали по 2 ненарушенных монолитных образца (размер 25 х 25 х 20 см): на целине и залежи из поверхностных горизонтов А1, из пахотного горизонта - с глубины 0-20 см.
Отобранные почвенные образцы подвергали предварительной подготовке к физическому фракционированию, сбрасывая монолиты с высоты 1.5 м на пленку для их разрушения на структурные отдельности. Затем в лабораторных условиях из почвенной массы отбирали крупные растительные остатки и корни, далее почвенные образцы высушивали до воздушно-сухого состояния.
Из подготовленных таким образом почвенных образцов методом Саввинова выделяли воздушно-сухие структурные отдельности рассевом почвы на ситах с диаметром отверстий 0.25-10 мм [16]. Дальнейшие исследования включали 2 серии опытов. В первой серии проводили химическое разрушение агрегатов, выделенных сухим просеиванием, и отделение частиц песка, содержание которых в исходных образцах почвы из пахотного горизонта достигало >70% от массы сухой почвы. Для дезагрегации применяли 4%-ный раствор пи-рофосфата натрия согласно методу, разработанному для некарбонатных, незасоленных и незагип-сованных почв [17]. Полученную пасту смывали дистиллированной водой в фарфоровую чашку через сито с диаметром отверстий 0.05 мм, после чего массу песчаных частиц определяли весовым методом. Полученные результаты в дальнейшем использовали для корректировки концентрации органического углерода (Сорг) во фракциях агрегатов в пересчете на беспесчаную навеску, чтобы избежать эффекта разбавления. Концентрация Сорг во фракциях агрегатов, освобожденных от песка, была рассчитана по формуле (1), представленной в работе [12]:
С = С, / (1-Р), (1)
где Сх - содержание углерода (%) в беспесчаной фракции агрегатов,
С, - содержание углерода (%) в совокупной фракции агрегатов,
Р - относительная доля песка в совокупной фракции агрегатов.
Во второй серии опытов фракцию воздушно-сухих агрегатов размером 2-1 мм подвергали мокрому просеиванию на ситах
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.