АГРОХИМИЯ, 2009, № 1, с. 5-10
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв
УДК 631.431:631.472:631.445.41
ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ ВЕРХНИХ ГОРИЗОНТОВ ЦЕЛИННЫХ И ПАХОТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ РАЗНОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА*
© 2009 г. 3. С. Артемьева
Российский государственный аграрный университет -Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева 127550 Москва, Тимирязевская, 49, Россия E-mail: artemyevazs@mail.ru Поступила в редакцию 01.04.2008 г.
Изучены особенности микроструктуры верхних горизонтов целинных и пахотных черноземов разного гранулометрического состава. Показано, что масса углерода, аккумулируемого в составе неустойчивых и устойчивых микроагрегатов целинных черноземов, примерно одинакова, что может служить показателем равновесного состояния органического вещества черноземов, функционирующих в условиях естественного ценоза. В процессе освоения черноземов это соотношение изменяется в сторону увеличения доли углерода неустойчивых микроагрегатов, почва становится менее устойчивой к неблагоприятным изменениям экологической обстановки.
ВВЕДЕНИЕ
Структура почвы является одной из важных доминант, контролирующих микробиологические процессы разложения органического вещества [1-5]. Ряд исследователей предполагает, что основная роль в формировании микроагрегатов, представляющих наиболее устойчивую часть структурного состава почв, принадлежит прочно связанным орга-но-минеральным соединениям [6-10]. На основании закономерностей изменения уровня аккумуляции, состава и свойств микроструктурных компонентов, выделенных из целинных черноземов Приволжской лесостепи методом грануло-денсиметрического фракционирования, ранее проведенными исследованиями была подтверждена гипотеза, связывающая механизмы формирования и устойчивости микроагрегатов с пространственным и временны м распределением органического вещества (ОВ) почв и определяющая роль в этой системе различных органических стабилизирующих агентов [11, 12].
Однако материалов исследований, дающих представление о количественном распределении микроагрегатов различной прочности и связанного ими углерода, их компонентного состава, все еще чрезвычайно мало. В частности, недостаточно сведений об изменении микроструктуры почв при агрогенных воздействиях.
Цель исследования - анализ агрогенных изменений состава компонентов микростроения целинных черноземов в процессе распахивания.
* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ < 07-04-01334-а.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования были верхние горизонты (А1) целинных черноземов и их пахотных аналогов (неполноразвитого, типичного и выщелоченного) заповедника "Приволжская лесостепь" (Пензенская обл.), сформированных на породах разного генезиса, минералогического и гранулометрического состава, а также типичных черноземов Стрелецкой степи (Курская обл.), заповедника "Каменная степь" (Воронежская обл.), включая почвы под лесополосой 105-летнего возраста. Целинные образцы черноземов Приволжской лесостепи были проанализированы ранее [11, 12]. Подробная характеристика свойств исследуемых почв приведена в [13-15].
Для разделения микроагрегатов различной механической прочности использовали 15-минутное воздействие ультразвука на почвенную суспензию. В соответствии с концепцией устойчивости микроагрегатов [8, 16], компоненты, выделяемые с помощью непродолжительной (5-15 мин) ультразвуковой обработки, являются составляющими крупных (неустойчивых) микроагрегатов размером 50-250 мкм. Компоненты остатка почвы после выделения крупных микроагрегатов входят в состав мелких (устойчивых) микроагрегатов размером 1-50 мкм.
Для оценки состава и свойств компонентов микроагрегатов использовали модифицированный метод грануло-денсиметрического фракционирования почв [17, 18]. В соответствии с методикой после 15-минутной ультразвуковой обработки почвенной суспензии из почвы выделяют основную массу ила (легкодиспергируемый ил - Иллд -
Таблица 1. Распределение массы компонентов крупных (неустойчивых к диспергирующему действию ультразвука) микроагрегатов
Компоненты крупных микроагрегатов Масса
Чернозем Горизонт СВ* АГР** Иллд микроагрегатов
1 1 2 1 2 1
Неполноразвитый
Выщелоченный
Типичный
Типичный
А1/Апах А1/Апах А1/Апах
I А1/Апах
Приволжская лесостепь 0.3/0.1 5.9/2.4 27/12 0.4/0.1 7.8/5.8 21/18 0.6/0.1 5.6/4.3 16/13
Стрелецкая степь 0.1/0.1 | 6.4/3.3 | 23/12 Каменная степь
16/18 30/27 29/30
73/88 79/82 84/87
21.9/25 77.2/88
22/20 38/33 35/34
28/28
Типичный А1/Апах 0.1/0.0 4.9/4.0 13/9.7 33/37 87/90 38/41
Пашня, Апах 0.0 3.0 8.5 36 92 39
Типичный Лесополоса 105 лет, А1 0.1 4.1 10 35 90 39
Примечания. 1. В графе 1 - % от массы почвы; 2 - % от массы микроагрегатов . 2. Над чертой - целина, А1; под чертой - пашня, Апах. То же в табл 2.
* ЛФ с плотностью <1.8 г/см3 размером >50 мкм. ** ЛФ с плотностью <1.8 г/см3 размером <50 мкм + ЛФ с плотностью 1.8-2.0 г/см3.
плотностью >2 г/см3), после чего с помощью жидкости (плотностью <2 г/см3) отделяют дискретные частицы ОВ или легкие фракции (ЛФ). Последние с помощью сита разделяют на подфракции крупнее и мельче 50 мкм. Как было показано ранее [17], основную массу ЛФ размером >50 мкм составляет неа-грегированное ОВ - свободное (ЛФСВ), в то время как более мелкие частицы входят в состав микрочастиц - агрегированное ОВ (ЛФАГР). Из остатка почвы методом разминания в пастообразном состоянии (метод Айдиняна) выделяют дополнительное количество ила - труднодиспергируемый ил (Илтд).
Общий углерод (Сорг) и углерод органо-мине-ральных фракций (СЛФ), подразделяемых на СЛФ и
САГР ^лд ^тд ^
ЛФ , СИл, СИл и С0ст, определяли методом мокрого сжигания по Тюрину.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В почвах изученного ряда обнаружены две группы микроагрегатов, которые различались по устойчивости к диспергирующему действию ультразвука и характеризующиеся разным количественным и качественным составом слагающих их компонентов.
Компонентный состав неустойчивых (крупных) микроагрегатов. В верхних горизонтах исследованных черноземов содержание крупных микроагрегатов изменялось от 22 до 38% в целинных черноземах и от 20 до 40% - в агрочерноземах (табл. 1). В рассмотренном ряду черноземов масса крупных
микроагрегатов увеличивалась с утяжелением гранулометрического состава почв от неполноразвито-го песчаного (на элювии палеогеновых песчаников к типичному (Каменная степь) на тяжелых лессовидных суглинках. Общая масса крупных микроагрегатов в агрочерноземах уменьшалась. Исключение составляли лишь черноземы Каменной степи и их пахотные аналоги, где масса крупных микроагрегатов оставалась на прежнем уровне, либо несколько увеличивалась.
Преобладающий компонент крупных микроагрегатов - илистая фракция (органо-глинистые частицы): в целинных черноземах на ее долю приходилось 73-87% массы микроагрегатов, в агрочерноземах доля органо-глинистых частиц увеличивалась до 8291% от массы микроагрегатов.
Фракция АГР, входящая в состав крупных микроагрегатов, состояла из подфракции Лф с плотностью <1.8 г/см3, размером <50 мкм и подфракции ЛФ с плотностью 1.8-2.0 г/см3. Количество ее в составе крупных микроагрегатов изменялось в целинных черноземах от 4.9 до 7.8% от массы почвы, что составляло 13-27% от массы микроагрегатов. В агрочерноземах ее количество уменьшилось до 2.4-5.8% от массы почвы (8-18% от массы микроагрегатов).
Компонентный состав устойчивых (мелких) микроагрегатов. Компонентами мелких микроагрегатов являются фракция труднодиспергированно-го ила и фракция остатка, в состав которой, наряду с неагрегированными минеральными составляющими крупного размера, входит ОВ микроагрегатов,
Таблица 2. Состав компонентов мелких микроагрегатов, %
Компоненты мелких микроагрегатов Масса
Чернозем Труднодиспергируемый ил Остаток микроагрегатов
1 2 1 2 1
Неполноразвитый
Выщелоченный
Типичный
Типичный
Приволжская лесостепь
5.0/6.0 12/8.6 9.5/3.6
6.7/7.8 69/71
1.0/14 50/54
16/6.2 52/54
Стрелецкая степь
Не определяли Каменная степь
93/92 81/86 85/94
74/77 62/62 61/57
58/72
Типичный 11.3/9.7 18/16 50/51 82/84 62/61
Пашня 5.7 9.7 52 90 59
Типичный, лесополоса 105 лет 6.1 10 54 90 61
устойчивых к воздействию ультразвука и разминанию в пастообразном состоянии (табл. 2).
Масса мелких микроагрегатов в верхних горизонтах исследованных почв широко варьировала: от 58.2 до 74.4% в целинных черноземах, от 57.4 до 76.7% - в агрочерноземах. Явных закономерностей в изменении содержания общей массы микроагрегатов такого рода при вовлечении целинных почв в сельскохозяйственное использование выявлено не было.
Анализ особенностей накопления массы трудно-диспергируемого ила, входящего в состав мелких микроагрегатов (устойчивых к непродолжительному воздействию ультразвука) черноземов Приволжской лесостепи и Каменной степи, показал, что общее количество труднодиспергируемого ила (Илтд) изменялось от 3.6 до 11.8% от массы почвы. Содержание его в целинных черноземах колебалось в интервале от 5.0 до 11.8% от массы почвы. Агрочерноземы характеризовались меньшими величинами по количеству выделяемого труднодиспергируемого ила - от 3.6 до 9.7%.
Содержание и распределение углерода в составе компонентов крупных микроагрегатов. Общая масса углерода крупных микроагрегатов увеличивалась в рассмотренном литологическом ряду целинных черноземов с 2.1 (в неполноразвитом) до 3.1 (в типичном) и до 3.9% от массы почвы (в выщелоченном) (табл. 3). Уровень накопления углерода крупных микроагрегатов в поверхностных горизонтах изученных почв колебался от 1.4 до 3.9% от массы почвы. Как и при анализе массы крупных микроагрегатов отчетливо были видны отличия агрочерно-земов от целинных аналогов. Общая масса углерода крупных микроагрегатов в целинных черноземах колебалась от 2.1 до 3.9% от массы почвы. В агрочерноземах эта величина уменьшалась до 1.4-2.9% от массы почвы (потери составляли до 10-30% от исходного количества углерода).
Уровень накопления углерода крупных микроагрегатов складывается из углерода агрегированного ОВ (САГР) и легкодиспергированного ила (СИдл). Анализ содержания углерода фракций, составляющих крупные
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.