ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 12, с. 1494-1504
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.4
ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ КАМЕННОЙ СТЕПИ ПРИ РАЗНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ, МЕСТОПОЛОЖЕНИИ И УВЕЛИЧЕНИИ СТЕПЕНИ ГИДРОМОРФИЗМА © 2013 г. В. Е. Приходько1, Ю. И. Чевердин2, Т. В. Титова2
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино, Московской обл., ул. Институтская, 2 е-mail: valprikhodko@rambler.ru 2Воронежский НИИСХим. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 397463, Воронежская обл., Таловскийр-н, п/о институт им. В.В. Докучаева, уч. № 2, д. 64а
е-mail: cheverdin@box.vsi.ru Поступила в редакцию 18.05.2012 г.
Изучены почвы Каменной Степи Воронежской обл. Установлена скорость изменения содержания С орг и форм органического вещества (лабильного, микробного, стабильного) почв в естественных условиях: залежи, лесополосы и при агрогенном управлении: неорошаемая (12, 55, 85, 115 лет использования) и орошаемая пашни (40 лет поливов) в зависимости от местоположения на плакорах или склонах, а также в условиях гумидизации. Она обусловлена микрорельефом и изменением климата за последние десятилетия. В слое 0—50 см почв залежей, не распахиваемых с 1882 г., за последние 30 лет содержания С орг увеличилось на 5% (относительных). Почвы лесонасаждений 1903 г. по свойствам близки к залежным. По сравнению с некосимой залежью убыль запасов С орг в относительных процентах из толщи 0—1 м под лесополосой и 12-летней пашней составляет меньше 9, под пашнями 55—115 лет использования: на водоразделах — 21—27, на склонах — 37—46%. При распахивании черноземов скорость уменьшения запасов С орг слоя 0—20 см в первое десятилетие составляет 120 г С/м2 г и уменьшается с увеличением длительности агроиспользования (с 55 до 115 лет) в почвах водоразделов с 45 до 28 и склонов — с 51 до 35 г С/м2 г в год. Среди исследуемых почв максимальная убыль содержания С орг установлена у склоновых, сильно переувлажненных и орошаемых почв. В почвах склонов эрозионная убыль составляют 9—18% от общих потерь С орг. В верхних горизонтах старопахотных почв по сравнению с некосимой залежью отмечается увеличение отношения С гк/С фк в результате большей скорости уменьшения содержания фульвокислот (ФК) по сравнению со скоростью убыли гуминовых кислот (ГК), при сокращении количества С негидролизуемого остатка. Склоновые и переувлажненные почвы отличаются от почв водоразделов меньшим количеством ГК и ФК и большим содержанием С гумина. В слое 0—20 см исследуемых почв скорость ба-зального дыхания (БД) составляет 0.2—0.5 мкг С—СО^г в час, количество углерода микробной биомассы (С мик) — 326—1073 мкг C/г почвы, доля С мик в содержании С орг почвы — 1—1.9%, эти значения минимальны в орошаемой почве и максимальны в залежных землях. Отмечен высокий коэффициент корреляции (r = 0.88—0.92) между С мик и БД, С орг и ГК, С орг и С лабильным, а между С орг и ФК, С орг и С гумина — r = 0.67.
Ключевые слова: черноземы, углерод, фракционно-групповой состав гумуса, базальное дыхание почв, микробная биомасса, почвы склонов и водоразделов.
Б01: 10.7868/80032180X13120095
ВВЕДЕНИЕ
Сохранение плодородия антропогенно-преобразованных почв и их управление являются важными сельскохозяйственными задачами. Для их решения необходимо знать скорости развития процессов под влиянием агрогенного воздействия. Опытные поля Каменной Степи Воронежской обл., заложенные В.В. Докучаевым, исследуются 120 лет и явля-
ются уникальным полигоном для изучения скорости почвенных процессов.
Особенность современного этапа развития Центрального Черноземья — переход части почв из автоморфного режима функционирования в полугидроморфный, а затем гидроморфный. Главными причинами усиления переувлажнения почв служат: 1) орошение, приводящее к потере поливных вод и подъему уровня грунтовых вод;
2) зарегулирование стока степных рек и уменьшение их дренирующей способности; 3) перегораживание внутрипочвенного и поверхностного стока дорогами и лесополосами; 4) уплотнение почв тяжелой техникой; 5) увеличение количества атмосферных осадков на 100—120 мм, а в отдельные годы на 200—250 мм [4—6, 8, 11, 16].
Почвы Каменной Степи исследовали многие ученые [1—3, 9, 13, 14, 21, 22]. В автоморфных условиях в черноземах под влиянием агрогенных факторов изменяются основные показатели, обусловливающие плодородие [9]. Выявлены особенности биогеохимического круговорота питательных веществ в почвах с различной длительности использования [19]. При картировании территории Каменной Степи выявлено 120 ареалов почв со вторичным полугидроморфным и гидроморфным режимами [9, 19]. Они приурочены к водораздельным западинам, склоновым ложбинам и балкам. Показано изменение во времени содержания и состава гумуса плакорных почв разного использования [2, 13, 14, 21].
Целью работы было выявление особенностей трансформации и скорости изменения форм органического вещества при разном характере и длительности использовании черноземов водоразделов и склонов, в том числе в условиях изменившихся гидрологических параметров Каменной Степи. Впервые установлены величины ба-зального дыхания и микробной биомассы исследуемых почв. Это важно для проведения мониторинга, организации управления и сохранения почв, рационализации их использования.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследовались черноземы типичные и обыкновенные, а также почвы разной степени переувлажнения глинистые и тяжелосуглинистые, развитые на лёссовидных суглинках. Изучались почвы под некосимой и косимой залежами, залуженными в 1882-1890 гг. (51°01'52.1 N 40°43'41.8 Е; 51°01'44" N 40°43'39'' Е). До 1912 г. на всех участках скашивали траву и пасли скот. В настоящее время некосимые залежи почти полностью заросли деревьями и кустарниками. Исследовались почвы под лесонасаждением № 40 (51°0Г52.1", 40°43'33''), посаженным в 1903 г., и при агроген-ном управлении: неорошаемые почвы плакоров (12, 55, 85, 115 лет использования: 51°01'41.6'', 40°43'39.3''; 51°01'40'', 40°43'39.3''; 51°01'30'', 40°44'25''; 51°01'30.5'', 40°43'55.4'' соответственно); неорошаемые почвы склонов с уклонами 1°-3° (55, 85, 115 лет использования: 51°00'55.8'', 40°44'22.4''; 51°01'27.1'', 40°44'17.1''; 51°00'42.2'', 40°43'53.3''). Объектами изучения служили переувлажненные почвы (разр. 1 — 51°01'44.3'', 40°44'30.4'', разр. 2 — 51°01'46.6'', 40°44'31.7'', разр. 3 — 51°01'44.9'', 40°44'31.5''). Изучалась так-
же орошаемая пашня (40 лет использования — 51°02'29'', 40°43'15''), поливаемая с 1970 г., на которой выращиваются овощи и вносится небольшое количество органических удобрений, минеральные удобрения не применяются. На других опытных участках минеральные и органические удобрения не вносились последние 30 лет. До этого азотные удобрения применялись в подкормку под озимые культуры в дозе 10—15 кг весной после возобновления вегетации. Использовались классические севообороты: зернопаропропаш-ные, черный пар, озимые (пшеница, рожь, тритикале), кукуруза, яровые (ячмень, просо) горох, озимые, пропашные. В отдельные годы вместо кукурузы высевался подсолнечник.
Климат исследованной территории — континентальный; он характеризуется холодной и малоснежной зимой, сухим и жарким летом; среднегодовые показатели состовляют: температура 4.2°С, количество осадков 365 мм.
Развитию сезонного переувлажнения почв Каменной Степи кроме вышеуказанных причин способствуют локальные особенности территории: близкое залегание к поверхности водоупорных слабоводопроницаемых глин, положение в рельефе, увеличение длительности безморозного периода и количества атмосферных осадков на 50—70 мм, а также повышение температуры воздуха в последние десятилетия в основном в холодный период. Продолжительность и интенсивность весеннего затопления и переувлажнения почв зависит от количества осадков предшествующего осенне-зимнего периода. Минерализация грунтовых вод варьирует от 0.2 до 13 г/л, но на водоразделах редко превышает 2 г/л.
Для определения фракционно-группового состава гумуса почвенные образцы отбирали в двух повторностях через 10 см до глубины 1 м. Каждая повторность представляла собой смешанный образец из трех полевых разрезов. Фракционно-групповой состав определяли по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой [17]. Запасы С орг, С мик рассчитаны с учетом объемного веса почв.
Для определения базального дыхания и величины микробной биомассы образцы почв брали из слоя мощностью 0—20 см в пяти точках. Почвенные образцы хранили при естественной влажности с воздухообменом в холодильнике не более месяца до использования в экспериментах. До начала измерений образцы почв просеивали через сито с диаметром ячеек 2—3 мм, отбирали корни, увлажняли до 60% наименьшей влагоемкости и помещали в термостат на предынкубацию на 7 суток при температуре 22°С. Затем оценивали базальное дыхание (БД) после дополнительной инкубации почв при температуре 22°С в течение 48 и 96 ч и находили субстрат-индуцированное
Таблица 1. Содержание, запас и аккумуляция С орг в почвах залежи в разные годы, п = 9—24
Глубина, см Содержание С орг, % Запас С орг, т/га Аккумуляция запасов С орг за 33 года
1974* 2007 1974 2007 % относительные г С/м2 в год
0-10 6.3 ± 0.3** 6.2 ± 0.2 44 57 4 39
10-20 5.2 ± 0.3 5.6 ± 0.1 47 59 4 36
20-30 4.4 ± 0.2 4.7 ± 0.1 40 51 3 34
30-40 4.0 ± 0.1 4.4 ± 0.1 40 51 3 31
40-50 3.3 ± 0.2 3.5 ± 0.3 37 42 2 16
50-60 2.9 ± 0.2 2.9 ± 0.2 30 39 2 25
* По [19]. ** Здесь и далее — ошибка среднего.
Таблица 2. Содержание С орг почв водоразделов и склонов в разные периоды использования (п = 3—24), %
Глубина, см Залежь Лесополоса Водораздел Склон
пашня, длительность использования, лет
некосимая косимая 12 55 85 115 55 85 115
0-10 6.2 ± 0.2 5.7 ± 0.2 6.1 ± 0.4 4.7 ± 0.2 4.1 ± 0.2 3.8 ± 0.2 3.7 ± 0.1 3.6 ± 0.2 3.5 ± 0.1 3.3 ± 0.1
0-20 5.6 ± 0.1 5.1 ± 0.2 5.0 ± 0.2 4.8 ± 0.2 4.1 ± 0.2 3.8 ± 0.2 3.7 ± 0.1 3.8 ± 0.2 3.5 ± 0.1 2.9 ± 0.1
0-30 4.7 ± 0.1 4.2 ± 0.1 4.3 ± 0.1 5.1 ± 0.2 3.7 ± 0.1 3.5 ± 0.2 3.7 ± 0.1 3.5 ± 0.1 3.2 ± 0.2 2.8 ± 0.2
30-40 4.4 ± 0.1 3.9 ± 0.2 4.2 ± 0.2 4.2 ± 0.1 3.6 ± 0.2 3.6 ± 0.1 3.5 ±
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.