научная статья по теме СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЕННЫХ ЧАСТИЦ САМОПРОИЗВОЛЬНО ОБРАЗОВЫВАТЬ МАКРОАГРЕГАТЫ ПОСЛЕ ЦИКЛА УВЛАЖНЕНИЯ И ВЫСУШИВАНИЯ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЕННЫХ ЧАСТИЦ САМОПРОИЗВОЛЬНО ОБРАЗОВЫВАТЬ МАКРОАГРЕГАТЫ ПОСЛЕ ЦИКЛА УВЛАЖНЕНИЯ И ВЫСУШИВАНИЯ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 6, с. 698-706

ФИЗИКА ПОЧВ

УДК 631.43

СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЕННЫХ ЧАСТИЦ САМОПРОИЗВОЛЬНО ОБРАЗОВЫВАТЬ МАКРОАГРЕГАТЫ ПОСЛЕ ЦИКЛА УВЛАЖНЕНИЯ

И ВЫСУШИВАНИЯ*

© 2013 г. В. А. Холодов

Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7

e-mail: vkholod@mail.ru Поступила в редакцию 29.02.2012 г.

В условиях лабораторного эксперимента изучена способность самопроизвольно формировать агрегаты >0.25 мм для частиц размером 3—1 мм (ЧА), а также для свободных частиц (СЧ), имеющих в естественном сложении в почве размеры <0.25 мм. СЧ и агрегаты 3—1 мм выделяли из залежных почв: дерново-подзолистой и типичного чернозема, а также из пахотной дерново-подзолистой почвы. Агрегаты 3—1 мм измельчали и пропускали через сито 0.25 мм, затем ЧА и СЧ заливали водой, высушивали и оценивали количество образовавшихся агрегатов, их водопрочность, а для пахотного варианта еще и содержание углерода. СЧ необрабатываемых почв практически не образовывали агрегатов. В то же время ЧА этих почв проявляли выраженную способность к формированию агрегатов, в том числе и водопрочных. Напротив, в пахотной дерново-подзолистой почве СЧ, наряду с ЧА, также обладали способностью самоорганизовываться в агрегаты. Водопрочность самоорганизованных агрегатов пахотной почвы была примерно одинаковой, независимо от источника (ЧА или СЧ). Высказано предположение, что в случае пахотной почвы способность СЧ формировать макроагрегаты отражает процессы механического разрушения агрегатов в почве: при вспашке происходит разрушение агрегатов и частицы, способные самопроизвольно агрегироваться, временно попадают во фракцию <0.25. Водопрочные агрегаты, полученные из ЧА или СЧ пахотной почвы, содержали больше органического углерода (1.89%) по сравнению с водопрочными агрегатами, выделенными из обычных агрегатов 3—1 мм этой почвы (1.31%).

Ключевые слова: агрегаты, самосборка, устойчивость почв.

Б01: 10.7868/80032180X13040072

ВВЕДЕНИЕ

Структура почвы — это форма и размер структурных отдельностей в виде макроагрегатов (пе-дов) >0.25 мм, на которые распадается почва [15]. Структура верхних гумусовых горизонтов во многом определяет такие важнейшие свойства, как устойчивость почвы к действию неблагоприятных факторов окружающей среды и ее потенциальное плодородие [9, 15, 18]. В связи с этим, изучение структуры почв имеет большое значение с точки зрения регулирования глобальных циклов углерода [23], охраны окружающей среды, воспроизводства почвенного плодородия, оптимизации режима гумуса в пахотных почвах [6, 9, 15, 18, 19, 24]. Все сказанное определяет актуальность изучения почвенной структуры.

Во всех современных исследованиях почвенной структуры на начальном этапе обычно требуется либо количественно оценить содержание

* Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты № 11-04-00284а, 13-04-01753).

структурных отдельностей, либо выделить какую-либо размерную фракцию для дальнейшего изучения. Основными методами являются разработанные в прошлом веке методы разделения почвенных агрегатов на ситах на воздухе, либо в воде [2, 12, 14, 15, 17, 21]. В последние годы совершенствование методов разделения почвенных отдельностей шло, во-первых, по пути стандартизации процедуры встряхивания сит по времени и частоте. Были разработаны методические рекомендации и созданы механические устройства для единообразного исполнения этой процедуры. Во-вторых, пристальное внимание было уделено процедурам подготовки почвенных агрегатов к просеиванию в воде [15].

В целом, методы разделения на ситах до сих пор актуальны в почвенных исследованиях. Однако они имеют один существенный недостаток, затрудняющий интерпретацию полученных результатов: принципиальную неселективность метода. С агрономической точки зрения при просеивании, наряду с агрегатами выделяются псевдо-

агрегаты: отдельности имеющие по сравнению с агрегатами малую пористость, высокую плотность, не стойкие в воде, либо наоборот абсолютно устойчивые вследствие цементации [11]. Кроме того, средний срок существования почвенного агрегата в окружающей среде 27 дней [22], следовательно, при просеивании в одну размерную фракцию попадают свежеобразованные, зрелые и уже готовые распасться агрегаты. В связи с этим, естественно предположить, что их свойства будут различаться.

Цель работы — разработать метод выделения почвенных агрегатов, состоящих из почвенных частиц, способных самопроизвольно собираться в макроагрегаты после процесса увлажнения-иссушения, обосновать возможности его приложения для изучения почвенной структуры и сравнительно изучить с его помощью структуру длительное время необрабатываемых дерново-подзолистой почвы и чернозема, а также пахотной дерново-подзолистой почвы.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи. Изучить способность к самосборке в структурные отдельности частиц больше 0.25 мм из разных источников: частиц агрегатов (ЧА), получаемых механическим разрушением размерной фракции 3-1 мм, и бесструктурных частиц (СЧ) — частиц в естественном почвенном сложении, имеющих размеры <0.25 мм. На основе полученных данных сравнить структурное состояние необрабатываемых дерново-подзолистых почв и черноземов. Оценить на примере дерново-подзолистых почв разницу в содержании и распределении способных с самосборке частиц для пахотного и необрабатываемого вариантов землепользования. На примере дерново-подзолистой пахотной почвы изучить содержание органического углерода (С орг) в получаемых самособравшихся структурных отдель-ностях, в том числе водопрочных, и сопоставить его с содержанием С орг в почве в целом, ее структурных отдельностях и водопрочных агрегатах, получаемых обычными методами.

Основное внимание в предлагаемом методе уделено почвенным агрегатам, имеющим размер 3—1 мм в воздушно-сухом состоянии. Обычно к агрономически ценной части почвенной структуры относят агрегаты размерами 10—0.25 мм [11]. Однако размерную фракцию 3—1 или 4—2 мм, по мнению многих авторов, можно считать наиболее благоприятной для возделывания сельскохозяйственных культур. Например, в работе 1933 г. Ка-чинский указывал, что "...агрегаты в 1 мм образуют уже прекрасную и благоприятную в сельском хозяйстве крупитчатую структуру." Оптимальный размер структурных отдельностей по-видимому чаще всего лежит около 2—3 мм [4]. Тот же автор в 1947 г. для агрономически ценной структуры пи-

сал: "Допустимый диапазон крупности структурных агрегатов укладывается от 1 до 10 мм, а оптимум — 2—3—4 мм" [5]. Вильямс [3] выделял оптимальную структуру с размером 2—3 мм, считая агрономически ценными агрегаты от 1 до 10 мм. Хан [14] в своих работах, посвященных структуре почвы, опирался на размерную фракцию 3—1 мм. Кроме того, изучение распределения С орг в структурных отдельностях чернозема указывает на то, что в большинстве случаев углерод агрегатов 3—1 мм вносит наибольший вклад в общее количество почвенного органического вещества [7]. В связи с этим для получения ЧА были использованы агрегаты размером 3—1 мм.

Для запуска процессов самоорганизации почвенных частиц был выбран цикл увлажнения—иссушения. Этот процесс интересен тем, что, с одной стороны, он практически всегда упоминается как структурообразующий в почвах [4, 5, 9, 11, 15], с другой стороны, он легко воспроизводим в лабораторных условиях и минимально изменяет свойства почв. В ходе разработки методической части работы была предпринята попытка стандартизации разработанного метода с целью получения хорошей воспроизводимости как во внутреннем, так и в межлабораторном экспериментах.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Предлагаемый метод основан на обнаруженной способности ЧА после принудительного механического разрушения самопроизвольно вновь образовывать макроагрегаты (агрегаты >0.25 мм, далее по тексту именуемые "агрегаты"), после цикла увлажнения—иссушения в лабораторных условиях.

В работе использовали дерново-подзолистые почвы, отобранные на территории Московской обл.: лесную (под ельником, Зеленоградский р-н, окрестности УОПЭЦ "Чашниково") и пахотную — почва зерно-траво-пропашного севооборота (Мытищинский р-н, окрестности Долгопрудной опытной агрохимической станции им. академика Д.Н. Прянишникова). Кроме того изучали образцы типичного чернозема многолетнего опыта в варианте "ежегодно косимая степь" (Курская обл., Центрально-черноземный государственный биосферный заповедник им. В.В. Алехина).

Смешанный почвенный образец был составлен из пяти индивидуальных проб. Индивидуальные пробы (каждая около 2 кг) отбирали с участка площадью примерно 5 м2 из верхнего гумусового горизонта (А1) на глубине 5—15 см. Из полученного образца (около 10 кг) методом квартования создавали средний образец (1.5 кг), из которого были отобраны крупные корни.

В образцах определяли содержание органического углерода сжиганием в бихромате калия по

Содержание углерода и величина рН в исследованных почвах

Почва, угодье С орг, % рН водный

Дерново-подзолистая, Московская обл.

под лесом 2.77 4.7

пахотная 1.31 6.3

Чернозем типичный, ежегодно косимая степь, Курская обл. 5.52 6.8

Тюрину со спектрофотометрическим окончанием [8] и величины рН в отношении почва : вода = 1 : 2.5 [1]. Полученные значения приведены в таблице.

В ряду изученных почв содержание органического углерода изменялось от 1.31 до 5.52%, что соответствует приводимым в литературе пределам [12]. Следует отметить закономерно более низкое, обусловленное вовлеченностью в сельскохозяйственное использование, содержание углерода в пахотной дерново-подзолистой почве по сравнению с аналогом под лесом.

Величина рН изменялась от 4.7 в дерново-подзолистой необрабатываемой почве до 6.8 в типичном черноземе степи, что характерно для этих типов [12]. Величина рН 6.3 пахотной дерново-подзолистой почвы отражает регулярно проводимое в ней известкование. В целом рассмотренные показатели отобранных образцов характерны для исследуемых типов почв с учетом типа землепользования.

Метод получения почвенных структурных отдельностей, способных к самосборке, в том числе водопрочных. Для наглядности, разработанная схема выделения прив

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.

Показать целиком