ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2012, № 5, с. 555-561
ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.417
ВОДОПРОЧНОСТЬ И ЛАБИЛЬНЫЕ ГУМУСОВЫЕ ВЕЩЕСТВА ТИПИЧНОГО ЧЕРНОЗЕМА ПРИ РАЗНОМ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИИ*
© 2012 г. Б. М. Когут, С. А. Сысуев, В. А. Холодов
Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7
e-mail: kogutb@mail.ru Поступила в редакцию 19.04.2011 г.
Исследована водопрочность типичных черноземов, а также содержание и состав лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) структурных отдельностей в вариантах многолетних опытов: некосимая степь (залежь) — общее содержание органического углерода (C орг) 4.68%, бессменная озимая пшеница без удобрений — С орг 3.55%, и два варианта бессменного чистого пара (С орг 2.92 и 2.78%). Показано, что водопрочность структуры черноземов зависит от типа использования, она ухудшается в ряду: залежь > озимая пшеница > бессменный пар. Не было обнаружено четкой закономерности между содержанием C орг в агрегатах, полученных сухим просеиванием, и их размерами. В то же время показано, что с увеличением размеров водопрочных агрегатов в них возрастает содержание C орг. На вариантах "некосимая степь" и "бессменная озимая пшеница" выявлена положительная зависимость размеров водопрочных агрегатов от содержания в них ЛГВ.
ВВЕДЕНИЕ
Черноземы выступают в качестве основного фонда пахотных почв России. Рациональное использование плодородия этих почв и сокращение выбросов диоксида углерода при интенсификации сельскохозяйственного производства являются приоритетными направлениями в поддержании агроэкологической безопасности страны.
Проблема деградации пахотных черноземов в значительной степени обусловлена потерей органического вещества (ОВ) и обесструктуриванием почв. Особенно быстро происходит ухудшение структурного состояния естественных черноземов при вовлечении их в обработку. Обычно этот процесс происходит на фоне уменьшения содержания ОВ. Вместе с тем, механизмы антропогенной деградации черноземов остаются дискуссионными.
Одним из путей выявления связей между содержанием и составом органического вещества и степенью агрегирования почвенной массы является сопоставление характеристик агрегатов почв, отличающихся системами землепользования.
При насыщении севооборотов парами и пропашными культурами, увеличением количества механических обработок, то есть с ростом антропогенной нагрузки на пахотные почвы уменьшается количество агрономически ценных водопрочных агрегатов и относительно возрастает содержание частиц и микроагрегатов <0.25 мм [15, 21, 22].
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 11-04-00284а.
Согласно концептуальной модели иерархии агрегатов [14, 16—18], исходные минеральные элементарные почвенные частицы (ЭПЧ) связываются с органическим веществом бактериального или грибного происхождения, а также с растительными остатками, в результате чего формируются микроагрегаты. Последние, в свою очередь, взаимодействуя друг с другом, формируют макроагрегаты. Агентами связывания выступают почвенные клеящие вещества — в основном полисахариды растительного и микробного происхождения, а также корни растений и гифы грибов.
Развитие концептуальной модели иерархии агрегатов выявило ряд взаимосвязей между структурой почвы и качеством и количеством органического вещества [22]:
— деградация структуры почвы идет последовательно: макроагрегаты разрушаются до микроагрегатов, которые, в свою очередь, распадаются до ЭПЧ, причем весь процесс можно рассматривать как увеличение диспергирующей энергии, приложенной к почве [17];
— содержание органического углерода в агрегатах возрастает при увеличении их размера (класса) — макроагрегаты содержат микроагрегаты плюс скрепляющее органическое вещество [14];
— недавно образованное лабильное органическое вещество содержится больше в макро-, чем в микроагрегатах [14, 16, 18].
Полученные ранее общие закономерности для структурных отдельностей чернозема в целом вписываются в концептуальную модель иерархии агрегатов. Так, выявлена общая тенденция увеличения содержания органического углерода в агро-
номически ценных водопрочных агрегатах черноземов с увеличением их размера [12].
Однако концептуальная модель иерархии почвенных агрегатов справедлива не во всех случаях. Так, для почв, в которых преобладают глинистые минералы со структурой 2 : 1, отмеченные выше закономерности нашли подтверждение. Однако в почвах, содержащих примерно одинаковое количество минералов с решеткой 2 : 1 и 1 : 1, не было обнаружено значимых различий в содержании органического углерода в агрегатах разных размеров. При этом увеличение антропогенной нагрузки на почву вызывает уменьшение содержания органического углерода во всех размерных классах агрегатов и микроагрегатов всех почв вне зависимости от их минералогического состава [21, 22].
Согласно современным представлениям, основанным на изучении ОВ почв с помощью физических методов анализа, важнейшая роль в формировании и трансформации агрегатов отводится легкоразлагаемому ОВ [13, 16, 20, 22].
Одним из возможных путей оценки содержания относительно "молодых" гумусовых веществ черноземов является определение содержания лабильных (подвижных — по Тюрину) гумусовых веществ, извлекаемых 0.1 М №ОН вытяжкой из недекальцированной почвы [9, 11]. Несомненными плюсами этого метода являются его относительная простота в практическом исполнении и хорошая воспроизводимость аналитических данных [6].
Однако наряду со свежеобразованными гумусовыми веществами, в лабильную фракцию могут попадать и гумусовые вещества, образовавшиеся в результате деструкции устойчивых гумусовых кислот [4, 5, 11]. Этот факт существенно осложняет интерпретацию результатов, полученных данным методом, и вводит определенные ограничения при его использовании для оценки роли лабильных гумусовых веществ в формировании структуры почв.
Целью исследования было оценить изменения, происходящие с водопрочной структурой типичного чернозема при различных системах его использования, а также изучить роль лабильных гумусовых веществ, извлекаемых 0.1 М №ОН вытяжкой из недекальцированной почвы, в формировании водопрочной структуры чернозема.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
По мере усиления интенсивности антропогенного воздействия на почвы происходят изменения гумусового и структурного состояния черноземов. В связи с этим в соответствии с целями исследования были подобраны варианты опытов с резко различными системами землепользования.
Образцы отбирали из верхних горизонтов (0— 25 см) типичного чернозема в условиях длительных экологических опытов, расположенных на территории Центрально-Черноземного государственного биосферного заповедника им. В.В. Алехина (ЦЧГБЗ) и Петринского опорного пункта Почвенного института им. В.В. Докучаева (Курская обл.). Варианты опыта:
— бессменный пар с 1947 г. (ЦЧГБЗ);
— залежь, некосимая степь (ЦЧГБЗ);
— бессменный пар с 1964 г. (Петринский опорный пункт);
— бессменная озимая пшеница с 1964 г. (Пет-ринский опорный пункт).
Из каждого варианта опыта отбирали по 4 ненарушенных монолитных образца (размером 25 х х 25 х 25 см). Из образцов ненарушенного строения выделяли воздушно-сухие структурные отдельности по Саввинову, а далее из агрегатов 31 мм — водопрочные агрегаты по Саввинову в модификации Хана [10, 12].
ЛГВ извлекали 0.1 М раствором №ОН из образцов почвы и агрегатов без декальцирования по методу Тюрина [11] в модификации Когута-Бул-киной [6].
Определение содержания органического углерода в выделенных пробах почв, агрегатах, структурных отдельностях <0.25 мм и в вытяжках проводили методом мокрого сжигания хромовой смесью со спектрофотометрическим окончанием (микровариант метода Тюрина) [2].
Результаты исследований обрабатывали методами математической статистики [1].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ данных по просеиванию сухих почвенных образцов (табл. 1) показал, что в большинстве рассматриваемых случаев максимальным было содержание агрегатов размером 3-1 мм. Исключением являлся вариант бессменного пара с 1964 г.; для этого варианта максимум наблюдали для структурных отдельностей >5 мм. Минимальное количество (для трех из четырех вариантов) отмечено для частиц <0.25 мм.
Установлено, что содержание агрегатов размером 5-3 и 3-1 мм в почве вариантов, занятых растительностью (залежь и бессменная озимая пшеница), больше таковых под вариантами бессменного пара. Также следует отметить, что при бессменном паровании типичного чернозема наблюдается достоверное уменьшение (Р = 0.95) содержания структурных отдельностей <0.25 мм по отношению как к залежи, так и к бессменной озимой пшенице. В составе агрегатов других размеров подобные значимые различия между спосо-
Таблица 1. Структурный состав типичного чернозема при различных способах его использования, %
Вариант опыта Размер воздушно-сухих агрегатов, мм
>5 5-3 3-1 1-0.5 0.5-0.25 <0.25
Залежь 17 21 39 5 7 11
Бессменный пар с 1947 г. 26 12 36 7 10 8
Озимая пшеница 26 12 27 9 13 12
Бессменный пар с 1964 г. 42 11 25 8 9 5
Таблица 2. Содержание органического углерода (% от массы фракции) в структурных отдельностях типичного чернозема при различных способах его использования
Вариант опыта Размер воздушно-сухих агрегатов, мм
>5 5-3 3-1 1-0.5 0.5-0.25 <0.25
Залежь 4.00 4.97 4.75 4.72 4.76 4.84
Бессменный пар с 1947 г. 2.97 3.00 2.94 2.84 3.04 2.73
Озимая пшеница 3.63 3.61 3.48 3.59 3.54 3.56
Бессменный пар с 1964 г. 2.86 2.81 2.87 2.77 2.76 2.58
бами использования типичного чернозема не установлены.
В выделенных "сухим" просеиванием агрегатах было определено содержание органического углерода в структурных отдельностях. Кроме выявления взаимосвязей между размерами агрегатов и содержанием углерода, процедура была использована для определения вклада органического вещества разных структурных отдельностей в общее содержание ОВ верхнего слоя чернозема при различных системах землепользования (табл. 2).
Содержание С орг во всех структурных отдельностях закономерно уменьшается в следующем ряду: залежь—бессменная озимая пшеница-бессменные пары, то есть изменяется в том же направлении, что и содержание общего С орг
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.