научная статья по теме ГУМУСООБРАЗОВАНИЕ И ГУМУС ЛЕСОСТЕПНЫХ И СТЕПНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮЖНОГО ПРЕДУРАЛЬЯ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ГУМУСООБРАЗОВАНИЕ И ГУМУС ЛЕСОСТЕПНЫХ И СТЕПНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮЖНОГО ПРЕДУРАЛЬЯ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2009, № 10, с. 1184-1191

ХИМИЯ ПОЧВ

УДК 631.417

ГУМУСООБРАЗОВАНИЕ И ГУМУС ЛЕСОСТЕПНЫХ И СТЕПНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮЖНОГО ПРЕДУРАЛЬЯ*

© 2009 г. А. М. Русанов, Л. В. Анилова

Оренбургский государственный университет, 460352, Оренбург, пр. Победы, 13 e-mail: soilec@esoo.ru, anilova.osu@mail.ru Поступила в редакцию 21.04.2008 г.

Рассмотрены особенности экологии гумусообразования типичных, обыкновенных и южных черноземов Оренбургского Предуралья. Исследован фракционно-групповой состав и амфифильные свойства лесостепных и степных подтипов чернозема в связи с динамикой гидротермического режима, растительности и биологической (ферментативной) активности в ряду географической зональности. Раскрыты отличительные качества гумуса целинных и пахотных ландшафтов. Приводятся аргументы в пользу вероятности существования генетически обусловленной взаимосвязи между показателями фракционно-группового состава гумуса и его амфифильности.

ВВЕДЕНИЕ

Гумус является одним из важнейших компонентов почвы, он определяет уровень естественного плодородия, богатство ее элементами минерального питания растений, обусловливает физико-химические свойства почв. С ним связаны основные биофильные макро- и микроэлементы, которые, высвобождаясь в процессе минерализации, становятся доступными растениям и микроорганизмам. Он является главным фактором формирования физических свойств, тем самым опосредованно участвуя в регуляции водного, воздушного и теплового режимов, в повышении буферности и сопротивляемости почв к неблагоприятным воздействиям как естественного, так и техногенного происхождения [3].

К числу основных факторов, регулирующих скорость и глубину гумификации, следует отнести показатели климата, количество и характер поступления растительных остатков в почву, их химический состав, режим влажности и аэрации, реакцию среды и окислительно-восстановительные условия, интенсивность микробиологической деятельности, а также химический, минералогический, гранулометрический и структурный составы почв [1, 5, 8, 9, 12, 20].

Кинетическая теория гумификации, лежащая в основе современного видения процесса превращения органического вещества растительного происхождения в гумус, отражает зависимость глубины гумификации от продолжительности периода гумусообразования (в первую очередь, от гидротермических показателей климата) [20, 25] и от объема ежегодно поступающих в почву рас-

* Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект < 08-0499062.

тительных остатков. Таким образом, теория выдвигает на первый план роль климатического фактора и связанного с ним биологического, который проявляется через объем и качество растительной биомассы, а также через ферментативную активность почв. Поэтому к числу ведущих факторов гумификации относятся состав микробного сообщества зональных почв и интенсивность их деятельности, так как весь процесс гумификации по своей сути является биохимическим и протекает с непосредственным участием биоты [12, 17, 22, 28].

Почвы Оренбургского Предуралья представлены высокоплодородными лесостепными и степными подтипами чернозема. На протяжении более полутора веков они подвергались интенсивному сельскохозяйственному использованию, большей частью пахотному [4, 6, 10, 23, 26]. В процессе агрогенной эксплуатации в агроценозах по сравнению с целинными аналогами произошли существенные изменения почвенных характеристик при сохранении генетических особенностей черноземов. Антропогенная эволюция черноземов в регионе приобрела направление нарастающей деградации и обусловливает снижение плодородия, так как деградационные процессы затронули все компоненты почвы, и в первую очередь ее гумусовое состояние [29].

Целью работы являлось изучение гумусообразования и гумусового состояния естественных и пахотных участков зональных подтипов черноземов Оренбургского Предуралья.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования послужили целинные и пахотные участки черноземов в ряду: типичные -

Таблица 1. Основные климатические показатели контрольных точек исследования

Показатель Чернозем

типичный обыкновенный южный

Сумма температур >10°С <2400 2400-2600 2400-2600

Гидротермический коэффициент 0.8-0.7 0.7-0.6 0.6-0.5

Глубина промерзания, см 100-120 100-120 120-140

Осадки, мм 350-400 300-350 310-335

Продолжительность залегания 140-155 140-155 135-145

снежного покрова, в днях

Температура, °С июля 20.2-21.9 20.2-21.9 20.5-22.3

января -14.4...-15.5 -15.5.-15.8 -15.8.-16.9

обыкновенные - южные. Выбор объектов исследования осуществлялся с учетом необходимости максимального сходства природных условий, в том числе почвообразующих пород. Все отобранные объекты представляли собой выровненные участки водоразделов и были расположены в наиболее типичных для данной почвенной подзоны биоклиматических условиях в пределах характерных растительных ассоциаций.

На каждом из целинных участков и на территории примыкающих к ним агроценозов общепринятыми методами [14] проводили описание растительности, определение величины надземной и подземной растительной биомассы, а также были заложены полнопрофильные почвенные разрезы, в которых отбирали образцы проб почв для лабораторного анализа [7, 11, 24].

Отбор образцов для микробиологического и биохимического анализов проводили в соответствии с общепринятыми методическими указаниями [13, 27] в 5-7 точках и анализировали в 5-12-кратной по-вторности в два этапа: в мае-июне и сентябре. Функциональная структура комплекса почвенных микроорганизмов определялась по соотношению численности разных физиологических групп с использованием ряда диагностических сред [13, 27]. Общее количество микроорганизмов определяли методом люминесцентной микроскопии на микроскопе "ВЮМЕВ2Ь" (Россия).

Активность каталазы исследовали газометри-чески по методу Галстяна, уреазы - по Щербаковой, пероксидазы и полифенолоксидазы - Каря-гиной, Михайловской на приборе "АРЕЬ-101", Япония [13, 30].

Показатели гумусового состояния исследовали общепринятыми методами: содержание общего гумуса по ГОСТ 26213-91, фракционно-групповой состав гумуса - по методике Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой [21]. Амфифильные свойства органического вещества определяли методом хроматографии гидрофобного взаимодействия разработанным Милановским [14]. Обработка ре-

зультатов происходила с использованием программы "МультиХром".

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Территория Оренбургского Предуралья расположена в пределах лесостепной и степной природных зон. Как видно из табл. 1 районы исследования существенно отличались между собой по целому ряду важных в экологическом аспекте показателям климата: по количеству осадков, по гидротермическому коэффициенту, по сумме температур более 10°С, по температурам июля и января. Такая разнородность дает возможность рассматривать исследуемые почвенные объекты как характерных представителей указанных биоклиматических зон южного Урала. Одновременно приведенные данные показывают генетически обусловленную неоднородность условий гумусооб-разования исследуемых черноземов, связанную с разными гидротермическими показателями. Поч-вообразующими породами территории служат пермские карбонатные глины и тяжелые суглинки на севере и в центральной части региона и юрские, а также меловые отложения тяжелого гранулометрического состава в его южных пределах.

С климатом и, частично, с геологическим строением местности связаны условия произрастания и видовой состав растительности. Геоботанический анализ фитоценозов показал, что целинный участок чернозема типичного, приуроченный к южной лесостепи, представлен зверобойно-ковыл-ково-типчаковой ассоциацией, проективное покрытие которой составило 85-90%, а средняя высота травостоя не превышала 30-33 см. Для степных подтипов чернозема характерна смена растительных ассоциаций на степномятликово-ковылково-типчаковую под обыкновенным черноземом и на полынково-ковылково-типчаковую - под южным.

При движении от чернозема обыкновенного к южному наблюдается снижение проективного покрытия естественной растительности с 65-70 до 60-65% и уменьшение ее высоты с 27-30 до 2227 см соответственно.

Таблица 2. Геоботанические показатели целинных участков под основными подтипами черноземов Оренбургского Предуралья

Чернозем, растительная ассоциация

Показатель типичный, зверобойно-ковылково-типчаковая обыкновенный, степномятликово-ковылково-типчаковая южный, полынково-ковылково-типчаковая

Общее проективное покрытие, % 85-90 65-70 60-65

Средняя высота травостоя, см 30-33 27-30 22-27

Число подъярусов 4 3 3

Отношение подземной биомассы 2.8 4.7 6.6

к надземной

Общий запас, ц/га 241.7 274.5 270.5

Запасы надземной растительной биомассы в черноземе типичном составили 62.7 ц/га, а величина подземной биомассы в 2.8 раза превосходила надземную. Ежегодно образующаяся фитомасса в ряду степных подтипов чернозема претерпевает значительные изменения (табл. 2). Запасы надземной растительной биомассы уменьшаются с 48.5 на обыкновенном черноземе до 35.5 ц/га на южном. При этом максимальное значение подземной биомассы (235.0 ц/га), сосредоточенной в верхнем слое почв (0-20 см), наблюдалось на участке южного чернозема, а в границах обыкновенного чернозема масса корней составила 226.0 ц/га. Общий запас растительной биомассы в ряду степных черноземов незначительно снижается.

Самое высокое отношение подземной к надземной биомассе растений наблюдается в южных черноземах, где оно составляет 6.6 [2]. Таким образом, в зональном ряду биомасса наземной растительности уменьшается, а подземной - увеличивается. Преобладание подземных частей над надземными характерно для травянистой растительности и возрастает по мере увеличения степени аридизации климата.

Особенности геологического строения территории, прежде всего тяжелый гранулометрический состав почвообразующих пород, и засушливый континентальный климат предопределили отличительную черту почв региона, которую впервые отметил Неуструев - это пониженная мощность гумусового профиля и относительно высокое содержание гумуса [18].

Исследования на пахотных участках показали, что величина ежегодно поступающ

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