ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Влияние органического вещества на урожайность сельскохозяйственных культур
Влияние органического вещества почв на урожайность сельскохозяйственных культур проявляется через сложный комплекс факторов. Традиционное представление о прямой, тесной связи содержания гумуса с урожайностью сложилось при относительно низком уровне интенсификации земледелия, при умеренном применении удобрений, когда почвенный гумус оставался единственным, или основным, источником тех или иных элементов минерального питания растений.
В последние годы уровень интенсификации земледелия, особенно за счет применения средств химизации, значительно возрос. Изменилось соотношение факторов, определяющих урожай растений. Ослабилось прямое влияние гумуса на продуктивность агроценозов как источника элементов питания, усилились энергетические, экологические, экономические и другие аспекты его влияния на технологии и системы растениеводства, на качество, чистоту продукции и окружающей среды. Очень важна с этой точки зрения информация о влиянии органического вещества и его отдельных компонентов на различные факторы плодородия почв и управление продукционным процессом агроценозов. Такой информации явно недостаточно, а имеющиеся данные часто недостаточно методически обоснованы. В результате роль растительных остатков, органических удобрений, промежуточных продуктов их разложения, собственно гумусовых веществ и их отдельных групп остается слабо изученной.
В литературе известно множество попыток установления взаимосвязи между содержанием гумуса и урожайностью путем вычисления коэффициентов корреляции при обработке массовых данных. Однако коррелятивные связи не позволяют раскрыть причинно-следственные. Дело в том, что содержание гумуса и урожай могут находиться в тесной коррелятивной связи, поскольку они зависят от одних и тех же факторов и имеют одинаковую направленность изменений. Такими факторами могут быть: физико-химические свойства почв, химизм грунтовых вод и степень увлажнения, механический состав, доза органических удобрений и др. Например, с повышением доз органических удобрений повышаются и содержание гумуса и урожай. Но за счет чего растет урожай - за счет увеличения содержания гумуса или внесения навоза? На этот вопрос корреляционный анализ ответа не дает, а попытка отождествлять коррелятивные связи с причинно-следственными (функциональными) привела к известной абсолютизации роли гумуса в формировании урожая.
Особого внимания заслуживает вопрос об эффективности минеральных удобрений на почвах с разным уровнем гумусированности, имеющиеся по этой проблеме данные противоречивы. Одни исследователи указывают на то, что с ростом содержания гумуса эффективность минеральных удобрений растет, у других она снижается. Общее признание получило положение о более высокой эффективности минеральных удобрений на эродированных почвах, объясняемой более низким уровнем гумусированности.
В этой связи убедительными являются опыты по рекультивации почв, в которых сравнивалась эффективность минеральных удобрений на пахотных горизонтах черноземов степной зоны и целом ряде практически безгумусных горных пород.. Это согласуется с теорией лимитирующих факторов: чем ниже содержание гумуса, тем ниже содержание азота и других биогенных элементов питания, тем выше эффективность минеральных удобрений. Такая постановка вопроса правомерна для низкого и среднего уровня сельскохозяйственного производства. С применением повышенных и высоких норм минеральных удобрений встает вопрос о сбалансированном питании и обеспеченности почвенным азотом. В этих случаях содержание почвенного азота должно быть таким, чтобы оно не являлось лимитирующим фактором получения планируемого урожая и сбалансированного питания растений. Соответственно мероприятия должны быть направлены на повышение уровня содержания почвенного азота до оптимального, что может быть достигнуто путем регулирования содержания легко разлагаемых форм органических веществ.
1.2 Оптимизация режима органического вещества
Большая противоречивость данных о влиянии гумуса на урожай вызвала естественную противоречивость показателей оптимального содержания гумуса в почвах. В качестве основы для установления оптимальных параметров свойств почв используют данные о корреляции этих свойств с урожаем.
Обращает на себя внимание очень широкий диапазон оптимальных параметров содержания гумуса как для дерново-подзолистых, так и для черноземных почв. Причем в ряде случаев показатели оптимального содержания гумуса более высокие в дерново-подзолистых почвах по сравнению с черноземными. По - видимому, это связано, прежде всего, не с региональными различиями оптимальных параметров и не с методическими подходами авторов к их оценке, а с наличием достаточно широкого оптимального диапазона содержания гумуса.
Н.Ф. Ганжара, (1988) считает более перспективными и научно - обоснованными положения о необходимости определения содержания гумуса, превышающего его критический уровень. Под критическим содержанием гумуса принимается такое, ниже которого существенно ухудшаются агрономические свойства почвы. При этом агрономические свойства почв, особенно, такие как структурное состояние, плотность, физико-механические свойства приближаются к свойствам почвообразующих пород. Наиболее существенно эти различия проявляются при содержании гумуса в пределах примерно 1 % для дерново-подзолистых почв и 2% для почв черноземного типа. Такие показатели приняты для нижней границы гумусовых горизонтов указанных почв. При таком содержании гумус равномерно пропитывает всю минеральную массу почвы, что подтверждается морфологическими и микроморфологическими наблюдениями, создаются условия для выживания микроорганизмов.
Различие в показателях критического состояния гумуса в дерново-подзолистых и черноземных почвах связано с тем, что в черноземах равномерная пропитка гумусом минеральной части почв происходит при более высоком содержании его, определяемом величиной примерно в 2%. Последнее, возможно, связано с различиями свойств гуматного и фульватного гумуса.
Вопрос о влиянии гумуса разного качественного состава на урожай также давно привлекал внимание исследователей. Утвердилось мнение, что более высокую агрономическую ценность имеет гуматный гумус по сравнению с фульватным. Оно основано на сравнении плодородия дерново-подзолистых и черноземных почв. В связи с этим увеличение содержания гуминовых кислот в составе гумуса при внесении органических удобрений рассматривается как положительный фактор. Как следует из вышеизложенного, пути к решению этой проблемы лежат через адаптивную интенсификацию агропромышленного производства в системе оптимизированного природопользования.
Именно такая интенсификация создает условия для повышения почвенного плодородия. Применение удобрений, мелиорантов, пестицидов, биопрепаратов, новых сортов, современных технических средств, новых форм организации труда и других достижений научно-технического прогресса способствует повышению продуктивности угодий, а значит, увеличению содержания в почве органического вещества за счет неотчуждаемой растительной массы и использования возрастающих количеств навоза.
Применение этих же средств создает условия для предотвращения деградации почв, ибо без них невозможно освоить противоэрозионные мероприятия, сократить площадь пара, уменьшить интенсивность механической обработки почв и т.д.
Нельзя не отметить, что современная интенсификация земледелия, имеющая в большой мере химико-техническую ориентацию, обеспечивая рост продуктивности, одновременно ведет к нарастанию экологической напряженности. Поэтому логика развития современного земледелия предполагает максимально возможную биологизацию процессов его интенсификации созданием сортов растений, устойчивых к болезням и вредителям и способных обеспечивать активную симбиотическую или ассоциативную азотфиксацию с тем, чтобы уменьшить использование пестицидов и азотных удобрений; новых биологических методов защиты растений и регулирования их роста и развития, биостимуляторов почвенных процессов за счет углубления дифференциации размещения культур и адаптации технологий их возделывания применительно к разнообразным природным условиям.
В нашей стране при относительно низком уровне химизации земледелия экологические и энергетические издержки на производство единицы продукции достигли наиболее высоких показателей вследствие несовершенства производственных отношений и низкой технологической культуры большинства товаропроизводителей.
Очевидно, в этих условиях решение проблемы управления плодородием почв в целом и режимом органического вещества в частности должно начинаться с оптимизации размещения угодий и сельскохозяйственных культур.
В сложных эрозионных ландшафтах, на песчаных и других малоплодородных почвах назрела необходимость пересмотра зерновой специализации в пользу животноводства с одновременной интенсификацией производства зерна в районах лесостепной зоны, где оно может быть увеличено в 1,5-2 раза. Сосредоточив производство товарной пшеницы в зонах черноземов, серых лесных и каштановых почв, следует сократить ее посевы на светло-каштановых и солонцовых почвах.
По мнению В.И. Кирюшина следует осуществлять переориентацию зернового хозяйства на орошаемых землях Поволжья и ряда других районов на производство кормов, овощных культур, сконцентрировать посевы сахарной свеклы в районах преобладания типичных, обыкновенных и выщелоченных черноземов и темно-серых лесных почв, Черноземного центра и Северного Кавказа, сосредоточить товарное картофелеводство на легкосуглинистых и супесчаных почвах лесостепной и южно-таежной зон с учетом потребностей местных промышленных центров и более южных районов страны.
Требуется значительное расширение в зонах тайги и северной лесостепи посевов озимой ржи, ячменя, рапса, зернобобовых. Необходимо дифференцировать размещение культур и сортов по устойчивости к засухе, переувлажнению, солонцеватости, засоленности почв и к другим неблагоприятным условиям.
Большие возможности имеются в расширении ассортимента кормовых культур, в том числе интродукции новых видов. Усложнение агроценозов, развитие поликультуры - перспективы экологизации земледелия и повышения его устойчивости.
В совершенствовании структуры посевов важную роль играет рациональное размещение многолетних трав. В последнее время с расширением их посевов часто связывают решение задачи регулирования гумусового баланса почв. Подход к травосеянию с этих позиций безотносительно к производственной его целесообразности и эффективности абсолютно некорректен. Если в таежных районах целесообразно их расширение, то в степи оно привело к значительному снижению продуктивности пашни. В степной зоне многолетние травы должны размещаться в основном в почвозащитных севооборотах на эрозионно опасных землях, на почвах с близкими грунтовыми водами, в севооборотах на орошаемых землях. Во всех зонах необходимы оптимизация сроков пользования многолетними травами, увеличение бобового компонента в их составе, что значительно повысило бы продуктивность и значение их как предшественника.
Идея "пропускания" возможно большей части полей через многолетние травы путем интеграции пашни и кормовых угодий там, где это возможно по условиям почвенного покрова, заслуживает определенного внимания. Многообразное значение многолетних трав в современном земледелии дополняется новыми аспектами. На почвах с глубинным нитратным профилем, образовавшемся в результате интенсивного парования или перегрузки агроценозов азотными удобрениями, многолетние травы способны использовать азот из глубоких слоев почвогрунтов, предотвратить сброс его в грунтовые воды.
В таежной зоне и северных районах лесостепи расширение применения минеральных удобрений и животноводческих стоков под многолетние травы является мощным резервом интенсификации лугопастбищного хозяйства и повышения продуктивности пашни как за счет реализации их биологического потенциала, так и системного влияния как предшественника полевых культур. Это особенно важно на легких по механическому составу почвах, где доля многолетних трав должна существенно возрасти .
1.3 Плодородие почв
Плодородие почв в значительной мере определяется их гумусовым состоянием, т.е. совокупностью параметров, характеризующих содержание, запасы, состав и свойства гумусовых веществ, в профиле почв. Качественный состав органического вещества различных почв очень разнообразен, что связано с разным составом растительных и животных остатков, ежегодно поступающих в почву, с условиями их трансформации и взаимодействия с минеральной частью почв.
Органические вещества можно разделить на 3 части.
1.Гумусовые вещества специфической природы: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин, связанные с различной частью почвы.
2.Детрит - промежуточные продукты разложения и гумификации источников гумуса, не связанные с минеральной частью почвы. Содержат неспецифические вещества и новообразованные гумусовые вещества.
.Источники гумуса - остатки растительного и животного происхождения (в т.ч. остатки микроорганизмов), поступающие в почву. Состоят из веществ неспецифической природы (белки, целлюлоза, лигнин и др.)
Первая группа консервативных соединений объединяет те компоненты органического вещества почвы, которые характеризуют, типовые показатели почв, формирующиеся в течении длительного времени и сохраняющиеся в вековых циклах.
Положительная агрономическая роль консервативных компонентов почвенного гумуса наиболее отчетливо проявляется в экстремальных ситуациях: в засушливые периоды, при избыточном увлажнении и химическом загрязнении почв.
Исходя из функциональных свойств и способности к трансформации, вполне логично в одну группу объединить две первые части - источники гумуса и детрит - под общим названием легкоразлагаемое (лабильное) органическое вещество (ЛОВ). Н.Ф. Ганжара и Б.А. Борисов под ЛОВ предложили понимать источники гумуса и детрит, который содержит в своем составе новообразованные гумусовые вещества, не связанные или слабосвязанные с минеральной частью почв. Эти вещества можно отделить от минеральной части почв и стабильных гумусовых веществ с помощью тяжелых жидкостей плотностью 1,8 г/см3, а для более тонкого препаративного отделения проведением повторной флотации в тяжелой жидкости с плотностью 1,6 г/см3 (Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., 1997). Существуют и другие методические подходы к определению ЛОВ в почвах. В частности Н.И. Лактионов (1985) для определения детрита использовал принцип различной окисляемости гумусовых веществ и детрита. Метод дает несколько завышенные результаты, так как у ряда фракций (простых солей) гумусовых кислот условия окисления сходны с условиями окисления детрита. Кроме того, этот метод не позволяет изучать состав детрита. Некоторые исследователи (Когут Б.М., 1986, Шевцова Л.К., 1972) к легкоминерализуемым формам гумуса относят лабильные (подвижные) формы гумусовых веществ, извлекаемые 0,1 н NaOH. Можно предполагать, что эта группа веществ более лабильна по сравнению с гумусовыми веществами, прочно связанными с минеральной частью почвы. Однако, по устойчивости к разложению она ближе к стабильным формам гумуса, что подтверждается как результатами радиоуглеродного датирования (их возраст измеряется сотнями и тысячами лет (Черкинский А.Е., 1990) так и результатами специальных опытов, проведенных в МСХА (Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., 1997), в которых показано значительно более слабое участие щелочнорастворимых форм гумуса в питании растений по сравнению с ЛОВ.
Тем не менее нельзя не согласиться с тем, что некоторые формы растворимого гумуса (а водорастворимого бесспорно) являются легкоразлагаемыми.
Скорость обновления ЛОВ в почвах измеряется годами и десятками лет (Ганжара Н.Ф. и др., 2003). Именно этот факт позволяет объединить в эту группу такие разные по свойствам и устойчивости вещества как лигнин, белки, углеводы, новообразованные гумусовые вещества и др.
В разработанной на кафедре почвоведения МСХА концептуальной модели гумусообразования (Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., 1997) легкоразлагаемые органические вещества выделены в отдельный блок. На основе результатов ряда лабораторных модельных экспериментов определены основные факторы и условия, оказывающие влияние на количество и качество ЛОВ в почвах.
Однако, отсутствие данных по количеству, составу и степени гумификации ЛОВ в почвах зонального ряда не позволяет провести сопоставление условий и факторов его формирования с накоплением ЛОВ.
ЛОВ заметно влияют на многие функции почв и биосферы:
1)питание растений и почвенных животных;
2)биологическую активность почв;
)фиксацию атмосферного азота;
)регулирование состава почвенного и атмосферного воздуха;
)формирование почвенной структуры и физических свойств;
)сорбцию и накопление тяжелых металлов и радионуклидов и др.
Можно предполагать, что в разных типах почв функции ЛОВ наряду с общими могут иметь существенные различия, связанные с различной скоростью трансформации ЛОВ.
Возможность использования содержания ЛОВ в качестве индикатора физической деградации почв для определения степени выпаханности обусловлена несколькими факторами:
1)ЛОВ является слабогумифициро-ванной фракцией, ее накопление отражает баланс между поступлением и разложением органического вещества, что определяется окружающими условиями;
2)ЛОВ содержит относительно большое количество углерода и азота, других элементов питания и служит постоянным источником питательных веществ для растений;
)эта группа органических веществ чувствительна к изменению агротехники и системы севооборотов и может служить более ранним индикатором изменения плодородия почв, чем содержание общего углерода;
)содержание в почве ЛОВ легко регулируется путем внесения различных органических компонентов (компостов, растительных остатков, торфа, навоза и т. п.).
1.4 Выпаханность - наиболее распространенный вид деградации почв
Под деградацией различные авторы понимают негативные изменения почвенных свойств и функций, способствующие снижению показателей продуктивности почв, нарушению экологических и производственных функций.
Органическое вещество почв накопилось в процессе почвообразования, поэтому содержание, состав и свойства гумуса являются важнейшими признаками, отражающими как особенности современного почвообразования, так и историю развития почвенного покрова.
Многими исследователями установлено, что при распашке целины и залежных земель происходит снижение содержания и запаса гумуса в почвах, поскольку сменяется сложившийся статус почвы: она переходит в новое, агроценотическое состояние.
Уменьшение содержания гумуса происходит неравномерно во времени. В первые 5-10 лет потери наиболее существенны, затем происходит постепенное снижение темпов потерь гумуса. Стабилизация гумусового состояния на более низком уровне наступает через 30-50 лет.
В.В. Пономарева (1974) отмечает снижение содержания гумуса в результате распашки до 47%, Л.А. Гришина (1986) и В.В. Медведев (1986) установили, что при распашке черноземов разлагается от 16-23 до 30-40% гумуса.
По данным Г.И. Ефремова (1980), Р.С. Иванова (1977), И.С. Кауричева и др. (1983), Л.К. Шевцовой (1981),установлено снижение содержания гумуса после распашки на 13-35%. В длительных стационарных опытах Долгопрудненской агрохимической опытной станции (Хлыстовский, Корниенко, 1981), в 20 опытах Германии (Asmus, Hermann, 1977) установлено устойчивое снижение содержания гумуса в пахотных почвах на 15-40% от исходного содержания. Более высокие потери (до 35-60%) отнесены за счет эрозии и дефляции. Таким образом, именно содержание и состав гумуса могут очень быстро реагировать на изменение условий гумусообразования. Особенно ярко и заметно проявляется потеря гумуса - дегумификация. Потеря гумуса ведет к ухудшению свойств почв, поэтому дегумификация - одна из важнейших причин снижения почвенного плодородия. Многие исследователи расценивают деградацию гумуса только как дегумификацию, не учитывая при этом качественных изменений гумуса.
Деградация гумуса возникает при длительном дефиците в почве свежих растительных остатков или когда исчерпываются запасы органического вещества лабильных компонентов.
В.Д. Муха (1979) отмечал, что органическое вещество пахотных почв характеризуется меньшим количеством детрита и более высоким содержанием собственно гумусовых веществ по сравнению с органическим веществом целинных почв.
М.А. Горобец установила резкое снижение содержания гумуса в черноземах южных после введения целины в сельскохозяйственное использование в основном за счет детрита. В интенсивно удобряемых севооборотах этот процесс замедляется.
В.В. Дегтяревым показано, что при распашке чернозема обыкновенного происходит интенсивная минерализация, в основном, негумифицированных растительных остатков и тех продуктов, которые не могут быть переработаны микрофлорой, господствующей в целинной почве.
Деградация гумуса связана, в основном, с антропогенным воздействием, и обусловлена использованием несовершенных технологий, либо слишком интенсивных систем земледелия, не адаптированных к особенностям возделываемых почв.
Снижение количества лабильных форм органических веществ сопровождается ухудшением водно-физических свойств почв, распылением структуры, уплотнением почвы. Выпаханность черноземов вначале приводит к резкому снижению урожаев, а затем к их стабилизации на низких уровнях.
Таким образом, выпахивание - это процесс, при котором происходит снижение уровня плодородия пахотных почв, ухудшение их агрономических свойств (снижение содержания гумуса, обесструктуривание, переуплотнение) в результате использования их при низком уровне поступления в почву источников гумуса - органических удобрений и послеуборочных остатков. Выпаханными могут стать как высокоокультуренные, так и неокультуренные почвы, имеющие как высокое, так и низкое содержание гумуса. Выпаханность является начальной стадией деградации почвенного плодородия. Этот процесс - обратим, поскольку после оптимизации режима использования выпаханных почв их плодородие относительно быстро восстанавливается.
1.5 Использование показателей состояния органического вещества почв в качестве индикатора их выпаханности
Основными критериями оценки почвенного плодородия традиционно являются содержание и запасы органического вещества в почвах.
Б.М. Когут предложил подход к оценке степени выпаханности, основанный на оценке уровней содержания гумуса, которые необходимо соотнести с величиной минимального содержания гумуса, строго специфичной для каждого почвенного таксона. Он отмечает, что наиболее правильно определять минимальное содержание гумуса в вариантах с бессменным паром длительных стационарных опытов, однако, поскольку подобных опытов очень мало, предлагает эмпирический способ определения минимального содержания гумуса. Для высоко- и среднегумусированных черноземов с мощностью гумусово-аккумулятивного горизонта более 70 см минимальное содержание гумуса в пахотном слое, приблизительно, можно принять равным содержанию гумуса в слое 30-50 см, так как в этот слой поступает примерно столько же корневой фитомассы как и в пахотный слой при бессменном паровании.
Опираясь на величину минимального содержания гумуса, Б.М. Когут составил шкалу градации выпаханности для типичных черноземов Среднерусской возвышенности в зависимости от содержания гумуса, при этом он отмечает, что черноземы, попавшие в различные градации по степени выпаханности будут отличаться друг от друга не только величиной содержания общего гумуса, но и величиной трансформируемой, лабильной части гумуса.
Для количественной оценки степени выпаханности почв нами предложено использовать показатель относительного содержания легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ), выраженного в процентах к общему содержанию органического вещества в почвах.
Возможность использования содержания ЛОВ в качестве индикатора физической деградации почв для определения степени выпаханности обусловлена несколькими факторами:
1)ЛОВ является слабогумифицированной фракцией, ее накопление отражает баланс между поступлением и разложением органического вещества, что определяется окружающими условиями, время практически полного обновления ЛОВ измеряется годами и десятками лет, в то время как у собственно гумусовых веществ оно составляет сотни и даже тысячи лет; ЛОВ содержит относительно большое количество углерода и азота, других элементов питания и служит постоянным источником питательных веществ для растений, от него в значительной степени зависят структурное состояние, плотность, биологические свойства почв;
2)эта группа органических веществ чувствительна к изменению агротехники и системы севооборотов и может служить более ранним индикатором изменения плодородия почв, чем содержание общего углерода;
)содержание в почве ЛОВ легко регулируется путем внесения различных органических компонентов (компостов, растительных остатков, торфа, навоза и т.п.).
2.ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Проводилось сравнительное исследование основных показателей плодородия дерново-подзолистой почвы, находящейся под пашней в обычном полевом севообороте и аналогичная дерново-подзолистая почва, находящаяся в залежном состоянии в течение более чем 10 лет.
Площадки для отбора образцов сравниваемых почв находились в пределах одного элемента рельефа - пологой приводораздельной поверхности с крутизной менее 1о на расстоянии 200-300 м друг от друга. Образцы были отобраны по горизонтам почвенных профилей и дополнительно в 5-ти повторностях из горизонта А1 (пахотного слоя) с площадок размером 10*10 м.
2.1.Природные условия почвообразования в Московской области
Клинский район Московской области относится к І агроклиматическому району, который отличается повышенной увлажненностью на возвышенных участках и умеренной - в низменных частях. Климатические условия благоприятны для льноводства, созревания и сбора картофеля, овощей, гречихи и ранних яровых.
Климатические характеристики территории:
ПоказательЗначениеСумма температур, ºС1800-1900Среднегодовая температура, ºС+4,0Абсолютная минимальная температура, ºС-48Абсолютная максимальная температура, ºС+36Среднемесячная температура самого холодного месяца (января), ºС-15Среднемесячная температура самого теплого месяца (июля), ºС+19Среднее число дней со среднесуточной температурой выше 0,ºС210Средняя дата первого осеннего заморозка25.09Продолжительность безморозного периода, дней125Средняя дата образования устойчивого снежного покрова27.11Средняя дата разрушения устойчивого снежного покрова8.04Среднее число дней с устойчивым снежным покровом140-145Среднее из наибольших декадных высот снежного покрова, см35Среднегодовое количество осадков, мм600Среднемесячное количество осадков в январе, мм30Среднемесячное количество осадков в июле, мм80Коэффициент увлажнения1,1-1,2Преобладающее направление вера: в течение года (% от общего числа наблюдений без штилей)северное, 11%
Оценка условий тепло- и влагообеспеченности территории необходима для обоснования выбора возделываемых культур и агротехники их возделывания. Некоторые показатели климата приведены выше, в таблице.
Тепло и влага - основные климатические факторы, определяющие условия роста и развития сельскохозяйственных культур. Показателем теплообеспеченности вегетационного периода может служить сумма положительных среднесуточных температур воздуха за период активной вегетации растений, т. е. за период со средней суточной температурой выше 100. Эта сумма на Смоленско-Московской мореной возвышенности изменяется от 18000 до 19000С, следовательно, относится к умеренному поясу по условиям теплообеспеченности.
Следовательно, по термическим параметрам (сумма температур воздуха - 1800-1900ºС, продолжительности периода с отрицательной температурой почвы на глубине 0,2 м - 5 мес.), нашу территорию можно отнести к умеренному длительно промерзающему фациальному подтипу почв.
Условный показатель увлажнения - гидротермический коэффициент, это отношение суммы осадков к испаряемости, выраженной суммой положительных температур воздуха за период выше 100, уменьшенной в 10 раз. ГТК для Смоленско-Московской мореной возвышенности равен 1,1-1,2. Влагообеспеченность растений при таком ГТК достаточная.
Ветровой режим Московской области характеризуется преобладанием северо-западных, западных и северных ветров в теплый период (май - сентябрь) и юго-западных, южных и западных в холодный. Вершины холмов характеризуются значительным увеличением интенсивности ветрового режима, а в лощинах и понижениях скорость ветра снижается. Таким образом, климатические условия данной территории, достаточно благоприятны для ведения сельского хозяйства - возделывания зерновых и зернобобовых (озимая пшеница, озимая рожь, ячмень, овес. горох), технических (лен), кормовых (однолетние и многолетние травы, кормовые корнеплоды, картофель) культуры, а также животноводства. Оптимальное размещение полей севооборотов, лугов и пастбищ проводят с учетом рассмотренных закономерностей и потребностей культур в тепле, влаге и питании.
Общий характер рельефа на территории области в значительной мере обусловлен рельефом коренных пород. В частности, Верхне-Волжская и Мещерская низины существовали как понижения в период верхней юры и нижнего мела.
По характеру рельефа территория области может быть разделена на пять геоморфологических районов: Верхне-Волжская низина, Клинско-Дмитровская гряда, Мещерская низина, Москворецко-Окская равнина и Заокский район. Каждый из которых, отличается не только формами строения поверхности, но и составом почвенного покрова и почвообразующих пород, связанных с историей их развития.
Клинский район находится в пределах Клинско-Дмитровской гряды, которая расположена южнее Верхне-Волжской низины и является частью Смоленско-Московской возвышенности. Наиболее высокие отметки имеет северная часть гряды. К югу ее общий уровень постепенно снижается, и поэтому южная граница нечеткая, часто условная. Уступ северной окраины гряды на отдельных участках достигает 50-60 м высоты, имеет ступенчатый характер и сильно изрезан эрозионными процессами. Клинско-Дмитровская гряда находилась в краевой зоне Московского оледенения, что послужило, вероятно, одной из причин большого скопления здесь моренных наносов, образования хаотически нагроможденных гряд, холмов на основной поверхности возвышенности, оставшихся после отступления ледника. В настоящее время участки холмисто-моренного рельефа с характерными понижениями, занятыми озерами, болотами или зандровыми полями, сохранились лишь на отдельных частях водоразделов. Большая же часть территории района превращена длительными процессами денудации в слабоволнистую равнину, разделенную глубоко врезанными долинами на более или менее обособленные междуречья, по которым разбросаны отдельно стоящие моренные холмы. Вся поверхность Клинско-Дмитровской гряды покрыта моренными отложениями, поверх которых залегают покровные суглинки, иногда встречаются участки надморенных песков. Морена выходит на поверхность только на холмах и в приречных эродированных массивах. Мощность покровных суглинков обычно не превышает 2 - 4 м, а часто бывает значительно меньше - 0,5 - 1,5 м.
Довольно сложная геологическая история территории Московской области определила большое разнообразие в составе и свойствах поверхностных слоев рыхлых наносов, на субстрате которых происходит формирование почвенной толщи. Почвообразующие породы области могут быть объединены в следующие группы: покровные суглинки, флювиогляциальные и древнеаллювиальные пески, морена, неднородные (двучленные) толщи наносов, современные аллювиальные отложения.
Покровные суглинки - наиболее распространенная почвообразующая порода. Она доминирует на Клинско-Дмитровской гряде, на Москворецко-Окской равнине и в Заокском районе. Единой точки зрения на их происхождение не установилось. Одни исследователи считают их переработанным слоем морены, другие склонны отнести к породам флювиогляциального или озерно-гляциального происхождения.
В большинстве случаев покровные суглинки однородны по своей мощности, и лишь иногда в нижней части обнаруживают некоторую слоистость и примесь моренного материала; имеют палево-бурые тона окраски. В их механическом составе обычно преобладают пылеватые фракции, которые могут составлять около половины всей массы. Содержание ила довольно сильно колеблется; могут встречаться как тяжелые, средние, так и легкие суглинки. На территории области преобладают тяжелые и средние суглинки.
Московская область - это одно из древних мест поселений. Там, где появляется человек, он прежде всего нарушает естественный растительный покров. Именно поэтому на очень ограниченной территории растительность сохранилась в своем ненарушенном состоянии. Леса неоднократно менялись местами с пашнями, а состав леса менялся продолжительными выборочными порубками.
Московская область расположена в трех растительных поясах - еловых и елово-широколиственных лесов, широколиственных лесов и лесостепи. Границу между ними в настоящее время установить не всегда легко, так как большие территории обезлесены и распаханы. Границы между растительными поясами вытянуты с юго-запада на северо-восток, с некоторым приближением они совпадают с направлением границ агроклиматических районов. Нарушение в эту общую географическую закономерность вносят массивы сосновых боров.
По характеру растительного покрова В.В. Алехин делит область на четыре района: еловых лесов с примесью элементов широколиственного типа; смешанных елово-широколиственных лесов; широколиственных лесов и сосновых лесов с болотами. Северную границу лесостепи он проводит несколько южнее Московской области.
Район еловых лесов занимает территорию Верхне-Волжской низины, северо-западную и северную части Клинско-Дмитровской гряды. Доминируют здесь еловые леса с примесью дуба. В целом по характеру растительности район неоднороден. В пределах Клинско-Дмитровской гряды почти отсутствуют болта (в отличии от территории Верхне-Волжской низины), здесь много распаханных массивов; преобладают еловые леса с относительно небольшой примесью широколиственных пород. Наибольшее количество дуба встречается в северо-восточной части этого подрайона. По мнению Алехина В.В., он «был покрыт раньше, несомненно, смешанными хвойно-широколиственными лесами». Ельники здесь в большинстве случаев с богатым травянистым покровом (папоротник, зеленчук, кислица, хвощ и др.). Из мхов наиболее характерен печеночник. В подлеске много жимолости, орешника, рябины.
Район елово-широколистных лесов занимает меньшую территорию по сравнению с предыдущим. Расположен он в южной и юго-восточной части Клинско-Дмитровской гряды и северо-западной части Москворецко-Окской равнины. В этом районе увеличивается примесь широколиственных пород, наблюдается чередование участков еловых лесов с широколиственными, преимущественно с дубовыми. Часто в древостое преобладают мелколиственные породы вторичного происхождения. В составе древесного полога встречаются дуб, ель, клен, вяз, ильм, липа, ясень и даже дикая яблоня. К ним следует еще добавить черную ольху, березу осину. Очень характерен для этих лесов подлесок из орешника, жимолости красной, бересклета бородавчатого и других широколиственных кустарников. Очень богат и разнообразен травянистый покров. Большую его часть занимают: зеленчук, медуница, копытень, сныть, ясменник душистый и другие растения, характерные для широколиственных лесов. По составу растительности этот район довольно однороден, но при детальных исследованиях могут быть выделены подрайоны с большей или меньшей примесью еловых и широколиственных пород.
2.2 Морфологические описания исследуемых почв
Разрез 29. Московская область, Клинский район, вблизи д. Тиликтино пологая приводораздельная поверхность, залежь, разнотравье.
Ад 0-2/2 неплотная дернина;
А1 2-22/20 гумусово-элювиальный (бывший пахотный), светло-серый с буроватым оттенком, непрочно-комковатый, тяжелый суглинок, уплотнен, тонкопористый, свежий, многочисленные корни, переход ясный по цвету и структуре, граница ровная;
А1А2 22-26/4 переходный, буровато-серый с белесыми пятнами, слоисто-порошистая структура, тяжелый суглинок, уплотнен, тонкопористый, свежий, отдельные корни, переход заметный по цвету;
А2 26-34/8 подзолистый, желтовато-белесый, слоисто-чешуйчатый, средний суглинок, уплотнен, тонкопористый, свежий, переход постепенный;
А2В 34-46/12 переходный элювиально-иллювиальный, неравномерно окрашенный, бурый с белесыми пятнами, непрочно-ореховатый, средний суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, переход постепенный;
В1 46-66/20 иллювиальный, бурый, темнее предыдущего, крупноореховато-призматический, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, темные примазки по граням структурных отдельностей, переход постепенный;
В2 66-93/27 иллювиальный, светло-бурый, крупнопризматический, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, переход постепенный;
ВС 93-116/23 переходный к породе, желтовато-бурый, крупнопризматический, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, переход постепенный;
С 116-133 почвообразующая порода - покровный суглинок, желто-бурый бесструктурный, плотный, тонкопористый, влажный.
Почва: дерново-подзолистая глубокодерновая глубокоподзолистая тяжелосуглинистая на покровном суглинке.
Разрез 31. Московская область, Клинский район, вблизи д. Тиликтино пологая приводораздельная поверхность, пашня, вико-овсяная смесь.
Апах 0-24/24 пахотный, светло-серый с буроватым оттенком, непрочно-комковато-пылеватый, тяжелый суглинок, уплотнен, тонкопористый, свежий, многочисленные корни, переход ясный по цвету и структуре, граница ровная;
А1А2 24-27/3 переходный, буровато-серый с белесыми пятнами, слоисто-порошистая структура, тяжелый суглинок, уплотнен, тонкопористый, свежий, отдельные корни, переход заметный по цвету;
А2 27-33/6 подзолистый, желтовато-белесый, слоисто-чешуйчатый, средний суглинок, уплотнен, тонкопористый, свежий, переход постепенный;
А2В 33-48/15 переходный элювиально-иллювиальный, неравномерно окрашенный, бурый с белесыми пятнами, непрочно-ореховатый, средний суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, переход постепенный;
В1 48-66/18 иллювиальный, бурый, темнее предыдущего, крупноореховато-призматический, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, темные примазки по граням структурных отдельностей, переход постепенный;
В2 66-97/31 иллювиальный, светло-бурый, крупнопризматический, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, переход постепенный;
ВС 97-111/14 переходный к породе, желтовато-бурый, крупнопризматический, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, влажный, переход постепенный;
С 111-125 почвообразующая порода - покровный суглинок, желто-бурый бесструктурный, плотный, тонкопористый, влажный.
Почва: дерново-подзолистая глубокодерновая глубокоподзолистая тяжелосуглинистая на покровном суглинке освоенная.
2.3 Методы исследований
В отобранных образцах определяли состав гумуса по методу Кононовой и Бельчиковой и содержание легкоразлагаемого органического вещества по методике Ганжары и Борисова, степень гумификации легкоразлагаемого органического вещества, агрегатный состав (сухое и мокрое просеивание), микроагрегатный и гранулометрический состав по Н.А. Качинскому.
2.3.1 Методика определения содержания и состава ЛОВ в почвах (Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф.)
В основу метода положен широко известный принцип разделения веществ, различающихся по плотности, в тяжелых жидкостях.
1.Отбор образцов. Отбор образцов проводится в соответствии с методикой массового агрохимического обследования. В связи с существенными сезонными изменениями содержания в почве ЛОВ, образцы следует отбирать после уборки урожая или весной перед посевом.
2.Отбор проб. Образцы почвы доводят до воздушно-сухого состояния, измельчают полностью вмести с корнями, пропускают через сито с круглыми отверстиями диаметром 1-2 мм и хранят в коробках или пакетах.
.Аппаратура, материалы, реактивы. Для проведения анализа применяют:
1)Центрифуги
2)Весы лабораторные 4-го класса точности
)Сушильный шкаф с температурой прогрева не менее 105оС
)Муфельную печь с температурой прогрева не менее 900оС
)Чашки фарфоровые вместимостью 50 мл
)Тигли фарфоровые вместимостью 5 мл
)Воронки стеклянные
)Стеклянные палочки с резиновым наконечником
)Натрий йодистый
)Спирт этиловый
)Вода дистиллированная
)Азотная кислота
)Аммиак водный
)Плотномер со шкалой
)Оборудование и реактивы для определения азота по Къельдалю
)Бумага фильтровальная.
4.Подготовка к анализу. Приготовление насыщенного раствора йодистого натрия: в 1 л дистиллированной воды растворить 2660,8 г йодистого натрия.
5.Проведение анализа. Отобранную пробу массой 20 г помещают в центрифужную пробирку на 100 мл и заливают 50 мл тяжелой жидкости и тщательно перемешивают стеклянной палочкой с резиновым наконечником. Цетрифугирование проводят при 6 тыс. об/мин в течении 5 мин, при 4 тыс. об/мин в течении 10 мин. Центрифугат сливают, осторожно переворачивая пробирку для смыва органических остатков с ее стенок и не взмучивая при этом почву, на воронку с бумажным фильтром. Отфильтрованную жидкость сливают в отдельную колбу для повторного использования. Обработку почвы тяжелой жидкостью и цетрифугирование проводят 3-4 раза до полного отделения фракции ЛОВ, о чем судят по отсутствию на поверхности тяжелой жидкости в ценрифужной пробирке органических остатков.
После полного отделения легкой фракции ее отмывают на фильтре горячей дистиллированной водой и этиловым спиртом (50мл) до потери реакции на йод, о чем судят по обесцвечиванию фильтра. Затем легкую фракцию с фильтра полностью переносят в предварительно взвешенную фарфоровую чашку, смывая ее водой. Воду из чашки выпаривают в сушильном шкафу, и легкую фракцию сушат в чашке до постоянной массы при 105оС. Взвешивают легкую фракцию в чашке, растирают в агатовой ступке и берут навески для определения азота по Кельдалю и потери при прокаливании или углерода ЛОВ методом Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой.
6.Для определения элементного состава ЛОВ проводят повторное выделение ЛОВ жидкостью с более низкой плотностью для снижения содержания минеральных примесей.
7.Определение потери при прокаливании легкой фракции. В предварительно прокаленной и взвешенный тигель объемом 3-5 мл с крышкой отвешивают на аналитических весах с погрешностью не более 1 мг навеску легкой фракции, высушенной при 105оС в сушильной печи, и постепенно нагревают в муфельной печи до 800оС. После двухчасового прокаливания тигель вынимают из муфеля, ставят на асбестовый лист, закрывают крышкой и охлаждают 5 мин; затем помещают в эксикатор на 20 мин до полного охлаждения. Охлажденный тигель взвешивают и снова ставят на прокаливание в течение 40 мин. После повторного прокаливания снова охлаждают и взвешивают. Прокаливание ведут до постоянной массы или до того, как изменение массы не будет превышать 0,001 г. Если зола при сжигании легкой фракции сплавилась, то после охлаждения тигля ее растворяют в 5-6 каплях азотной кислоты, добавляют 1 мл насыщенного раствора нитрата аммония, высушивают и снова озоляют. Вычисляют зольность и потерю от прокаливания легкой фракции.
Злф=а*100/С ЛОВ=100-Злф
Где Злф - зольность легкой фракции, %
а- масса золы,
С - навеска абсолютно сухой легкой фракции,
ЛОВ - содержание лабильных форм органических веществ в % к массе легкой фракции, или потеря от прокаливания легкой фракции
8.Расчет содержания углерода ЛОВ проводят по формуле
Слов=ЛОВ*в*0,5/100
Где Слов - углерод ЛОВ,% к массе почвы
ЛОВ - содержание ЛОВ, % к массе легкой фракции
В - содержание легкой фракции, % к массе почвы
,5 - коэффициент пересчета на углерод, так как в составе ЛОВ содержится примерно 50% углерода
9.Расчет содержания азота ЛОВ проводят по формуле
Nлов=а*в/100
Где Nлов - содержание азота, % к массе почвы
а - содержание азота, % к легкой фракции
В - содержание легкой фракции, % к массе почвы.
.Расчет запасов углерода и азота ЛОВ при известных величинах плотности почв и мощности пахотного слоя проводят по формуле
З=а*Р*Слов (Nлов)
Где З- запасы С или Nлов в пахотном слое, т/га
Р - плотность почвы, г/см куб.
А - мощность пахотного слоя, см
При отсутствии данных о плотности и мощности пахотного слоя расчет запасов С и Nлов проводят приближенно, исходя из того, что содержание какого-либо вещества, составляющее 0,1% к массе почвы, примерно соответствует 3 т/га в пахотном слое, а 0,01% к массе почвы - 300 кг/га в пахотном слое.
2.3.2 Ускоренное определение состава гумуса минеральных почв методом М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой
Метод разработан авторами применительно к различным типам и подтипам минеральных почв. С его помощью можно определить три основные группы гумусовых веществ: гуминовые кислоты, фульвокислоты и нерастворимый остаток гумусовых веществ. Дополнительно можно охарактеризовать подвижность гумуса и природу гумусовых кислот. Извлекают гумусовые вещества смесью раствора пирофосфата натрия и щелочи.
Применение пирофосфата натрия, как и некоторых нейтральных солей органических кислот, для выделения гумусовых веществ из почв основано на способности растворов этих солей к образованию нерастворимых осадков или растворимых комплексов с кальцием, железом, алюминием и некоторыми другими поливалентными катионами, с которыми связаны в почве гумусовые вещества. Большую роль играет реакция раствора пирофосфата натрия: по мере повышения его рН с 7 до 9,5 выход гумусовых веществ возрастает.
Проводят Подготовку почвы к анализу. Подготовленную почву используют для определения состава гумуса.
Определение углерода и азота в исходной почве.
Содержание углерода в исходной почве находят по методу И.В. Тюрина, общего азота - по Кьельдалю.
Извлечение гумусовых веществ из почвы смесью пирофосфата натрия и едкого натра.
Определение содержания углерода в вытяжке.
Углерод в вытяжке определяют в двукратной повторности, вычисляя его содержание в процентах от массы почвы и в процентах от общего количества углерода в исходной почве.
Определение в вытяжке содержания углерода гуминовых кислот.
Содержание углерода гуминовых кислот вычисляют в процентах от массы почвы и в процентах к общему количеству углерода в исходной почве.
Определение в вытяжке содержания углерода фульвокислот.
Количество углерода фульвокислот (правильнее органических веществ, оставшихся в кислом растворе при осаждении из вытяжки гуминовых кислот) определяют по разности между общим содержанием углерода в вытяжке и его содержанием в гуминовых кислотах. Вычисляют его в процентах от массы почвы и в процентах к общему содержанию углерода в исходной почве.
Определение содержания углерода в остатке почвы (С гуминов) после выделения гумусовых веществ находят по разности между содержанием органического С в исходной почве ив вытяжке.
Дополнительное определение - установление количества углерода органических веществ, переходящих в раствор при обработки навески почвы 0,1 н. Серной кислоты. Анализ проводят по методу В. В. Пономаревой. Он дает представление о растворимости органических веществ почвы в минеральных кислотах. Растворимые в этих кислотах органические соединения характерны для подзолистых почв, красноземов и других почв, ненасыщенных основаниями.
Определение агрегатного состава исследуемых почв проводили методом Н.И. Савинова (сухое и мокрое просеивание), а определение гранулометрического и микроагрегатного состава проводили методом пипетки по Н.А. Качинскому.
2.3.3 Агрегатный анализ почв - метод Н.И. Саввинова
Сущность метода заключается в определении количества агрегатов разного размера методом «сухого» просеивания, а водопрочных агрегатов - методом «мокрого» просеивания.
Сухое просеивание. Из образца нерастертой воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу 0,5-2,5 кг. Из пробы выбирают камни, гравий, корни и другие включения, если они имеются. Пробу просеивает через набор сит с диаметрами отверстий 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. Набор сит должен иметь крышку и поддон. Почву просеивают порциями (100-200г) без резких встряхиваний. При разъединении каждое сито еще раз встряхивают постукиванием по его ребру ладонью руки, для того чтобы освободить из отверстий застрявшие в них агрегаты. Каждую фракцию агрегатов отдельно собирают, взвешивают и рассчитывают ее процентное содержание. Фракцию размером < 0,25 мм вычисляют по разности между массой почвы, взятой для анализа, и суммой фракции > 0,25 мм. За 100% принимается взятая для анализа навеска за вычетом массы включений (камни, гравий и др.). По данным сухого просеивания определяют коэффициент структурности:
Kстр=А/Б
где Кстр - коэффициент структурности;
А - сумма агрегатов размером от 0,25 до 10 мм (%);
Б - сумма агрегатов < 0,25 мм и комков > 10 мм (%).
Мокрое просеивание. Для определения водопрочности агрегатов составляют среднюю пробу в 50 г из всех фракций агрегатов, полученных при сухом просеивании, пропорционально их процентному содержанию. Для этого берут каждую фракцию в количестве, равном в граммах половине процентного содержания ее в данной почве. Например, если содержание фракции 3-2 мм составляет 10%, то навеску этой фракции для средней пробы берут 5 г. В среднюю пробу не включают фракцию < 0,25 мм, чтобы не забивались нижние сита при просеивании. Поэтому навеска получается меньше 50 г, но при расчете результатов анализа за 100% принимают навеску массой 50 г.
Отобранную пробу высыпают в литровый стеклянный цилиндр и медленно, по стенкам приливают воду до 2/3 объема цилиндра для вытеснения воздуха. Чтобы ускорить вытеснение воздуха, цилиндр закрывают пробкой, дважды наклоняют до горизонтального положения и возвращают в вертикальное положение. Почву оставляют на 10 мин. в покое, после чего доливают цилиндр доверху водой, закрывают пробкой и переворачивают вверх дном, ожидая пока все частицы почвы не осядут вниз.
Затем цилиндр возвращают в первоначальное положение и выжидают пока почва не достигнет дна. После 10 таких оборотов закрытый цилиндр опрокидывают над набором сит, стоящих в воде в широком сосуде.
Набор для мокрого просеивания включает 6 сит диаметром 20 см и высотой борта 3 см с диаметрами отверстий 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм.
Слой воды в сосуде должен быть на 5-6 см выше борта верхнего сита. Под водой открывают пробку цилиндра и, не отрывая его от воды, плавными движениями распределяют почву по поверхности сита. Через минуту, когда все агрегаты упадут на сито, цилиндр закрывают пробкой под водой и вынимают. Перенесенную на сита почву просеивают под водой. Для этого набор сит медленно поднимают на 5-6 см и быстро опускают на 3-4 см. Встряхивания повторяют 10 раз с промежутком в 2-3 секунды. Затем сита с диаметром отверстий < 1 мм снимают, не вынимая всего набора сит из воды, а остальные встряхивают еще 5 раз и вынимают из воды. Оставшиеся на ситах агрегаты смывают струей воды из промывалки в фарфоровые чашки. Избыток воды в чашках сливают. Из больших чашек почву переносят декантацией в заранее взвешенные алюминиевые стаканчики, избыток воды сливают, а почву высушивают на песчаной бане или электроплитке и взвешивают. Для каждой фракции определяют ее процентное содержание, умножая массу каждой фракции на 2. Содержание фракции < 0,25 мм рассчитывают по разности (100 - сумма всех фракций > 0,25 мм).
Наличие в почве механических элементов крупнее 0,25 мм (песок, гравий и др.) искажает результаты анализа. Поэтому в таких случаях фракции после взвешивания помещают в фарфоровые чашки, заливают водой и растирают резиновой пробкой. Разрушив агрегаты, отмывают мелкозем декантацией, а оставшиеся крупные механические элементы переносят в сушильный стаканчик, высушивают и взвешивают. Содержание фракций рассчитывают по формуле:
где X - содержание агрегатов определенного размера (%);
m1 - масса агрегатов (без крупных включений), г;
m - навеска почвы, взятая для анализа (50 г) за вычетом крупных механических включений.
3. Основные показатели состояния органического вещества и агрегатного состояния пахотной дерново-подзолистой почвы и ее залежного аналога (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ)
.1 Определение показателей состояния органического вещества исследуемых почв
В образцах дерново-подзолистой почвы под пашней и залежью было определено содержание легкоразлагаемого органического вещества по методике Ганжары и Борисова и фракционный состав гумуса по методике Кононовой-Бельчиковой. Результаты определений представлены в таблице 3.1.
Из данных таблицы 3.1 видно, что дерново-подзолистая почва под залежью по сравнению с пахотным аналогом характеризовалась достоверно более высоким содержанием общего гумуса (Собщ 1,69 и 1,31% соответственно), состав гумуса обеих почв был примерно одинаковым СГК/СФК равно 0,8. Более высокий уровень гумусированности залежной почвы обусловлен, очевидно, более высоким поступлением в почву растительных остатков. Это подтверждается достоверно более высоким содержанием легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) в залежной почве по сравнению с пахотной дерново-подзолистой почвой (0,27% и 0,14% от массы почвы соответственно). Легкоразлагаемое органическое вещество в залежной дерново-подзолистой почве было более гумифицированным, чем в пахотной (6,7% и 4,7% гумусовых веществ в составе ЛОВ соответственно).
Отмеченные различия в состоянии органического вещества между пахотной и залежной дерново-подзолистой почвой связаны, по-видимому, с более высоким уровнем поступления растительных остатков и более благоприятными условиями гумификации в залежной почве.
Таблица 3.1 Состояние органического вещества пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы под пашней и залежью (в % к массе почвы)
ПочваСобщС вытяжки из почвыСгкСфкСгк/СфкСловС вытяжки из ЛОВС вытяжки из ЛОВ к Слов, %Дерново-подзолистая (пашня)1,310,620.280,340,80,140,0074,7Дерново-подзолистая (залежь)1,690,780,350,430,80,270,0186,7НСР 0,50,19----0,06--
В таблице 3.2 представлены результаты расчетов степени выпаханности исследуемых почв.
Таблица 3.2 Степень выпаханности дерново-подзолистой почвы под пашней и залежью
ВариантГоризонт, глубина, смСобщ, % к массе почвыСЛОВ, % к массе почвыСЛОВ, % к СобщСтепень выпаханности, баллдерново-подзолистая (пашня)(0-20)1,310,1410,614,4дерново-подзолистая (залежь)(0-20)1,690,2715,99,1
Степень выпаханности дерново-подзолистой почвы под залежью по 25-балльной шкале, рассчитанная по отношению лабильной и стабильной частей органического вещества, была заметно ниже, чем в дерново-подзолистой почве под пашней. Таким образом, состояние выпаханности, которым характеризуется пахотная дерново-подзолистая почва, в результате пребывания этой почвы в залежном состоянии начинает устраняться.
пашня почва агрегатный анализ
3.2.Агрегатный анализ методом Н.И. Саввинова
Под структурой почвы понимают совокупность агрегатов или структурных отдельностей различной величины, формы, пористости, механической прочности и водопрочности. Агрономически ценной является комковато-зернистая структура с размером агрегатов от 0,25 до 10 мм, обладающих пористостью и водопрочностью. Такая структура обуславливает наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы.
Более крупные почвенные отдельности считаются глыбистой частью почвы, а более мелкие - распыленной
В задачу агрегатного анализа входит:
1.Определение содержания агрегатов того или иного размера в пределах 0,25-10 мм.
.Выявление количества водопрочных агрегатов из выделенных структурных отдельностей.
В таблице 3.3 представлены результаты агрегатного анализа исследуемых почв (сухое просеивание).
Число агрегатов определенного размера находят методом «сухого» агрегатного анализа, а водопрочных агрегатов - методом «мокрого» агрегатного анализа.
Таблица 3.3
Агрегатный состав пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы под пашней и залежью сухое просеивание, % от массы сухой почвы
ПочваСодержание агрегатов, %, размером, ммБолее 1010-55-33-11.0-0.25Менее 0.25дерново-подзолистая (пашня)36.410.84.50,416.531,4дерново-подзолистая (залежь)33,830,39,13,72,021,1
Дерново-подзолистая почва под залежью по сравнению с пахотной имела лучший агрегатный состав - содержание агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм) в ней было равно 45,1%, а в пахотной почве 32,2 %.
Водопрочность агрегатов, определенная методом мокрого просеивания была значительно выше у залежной дерново-подзолистой почвы по сравнению с пахотной - содержание агрегатов размером более 0,25 мм составило 43,6% и 29,1% соответственно.
3.3.Микроагрегатный состав исследуемых почв
Для того, чтобы полнее охарактеризовать структурное состояние исследуемых почв были проведены гранулометрический и микроагрегатный анализы.
Сопоставление результатов микроагрегатного и гранулометрического анализов позволяет судить о степени дисперсности почвы, прочности ее микроструктуры.
В таблице 3.5 представлены результаты гранулометрического анализа исследуемых почв методом Качинского Н.А.
Таблица 3.5 Гранулометрический состав пахотного горизонта дерново подзолистой почвы под пашней и залежью
ПочваРазмер механических элементов, мм, содержание, %1-0,250,25-0,050,05-0,010,01-0,0050,005-0,001<0,001<0,01дерново-подзолистая (пашня)18,711,423,619,612,314,446,3дерново-подзолистая (залежь)20,512,122,619,411,214,244,8
В таблице 3.6 представлены результаты определения микроагрегатного состава исследуемых почв.
Таблица 3.6 Микроагрегатный состав пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы под пашней и залежью
ПочваРазмер микроагрегатов, мм, содержание, %1-0,250,25-0,050,05-0,010,01-0,0050,005-0,001<0,001дерново-подзолистая (пашня)20,314,626,916,812,68,8дерново-подзолистая (залежь)21,217,928,317,110,25,3
По результатам определения гранулометрического и микроагрегатного состава исследуемых почв были рассчитаны коэффициенты, характеризующие структурное состояние этих почв. Выход мелких фракций, особенно ила (<0,001 мм) при микроагрегатном анализе без химических воздействий на почву, будет всегда меньше, чем при гранулометрическом анализе.
Процентное отношение ила микроагрегатного анализа к илу, полученному при гранулометрическом анализе, характеризует по Н.А. Качинскому степень ее распыляемости в воде или фактор дисперсности (К). Для дерново-подзолистой пахотной почвы К составляет 61,1%, а для дерново-подзолистой залежной почвы К = 37,3%. Чем выше фактор дисперсности, тем меньше водопрочность микроструктуры, т.е дерново-подзолистая почва имела значительно менее водопрочную микроструктуру, чем ее залежный аналог.
Фактор структурности (Кс) по Фагелеру характеризует водоустойчивость агрегатов. Рассчитывается по формуле
Кс=(b-a) 100/b;
где a - содержание ила при микроагрегатном анализе,%;
b - содержание ила при гранулометрическом анализе. Чем выше фактор структурности, тем более водоустойчивыми агрегатами обладает почва.
Для дерново-подзолистой пахотной почвы Кс составил 38,9, а для дерново-подзолистой залежной почвы Кс=62,7.
Таким образом, водоустойчивость агрегатов почвы под залежью была заметно выше, чем почвы под пашней. А.Ф. Вадюнина предложила формулу расчета гранулометрического показателя структурности или фактора структурности (Р) по результатам только гранулометрического анализа для почв с содержанием гумуса более 2 %:
Р=100а/(в+с),
Где а - количество ила, %
в - количество мелкой пыли, %
с - количество средней и крупной пыли, %
Фактор структурности выражает процентное отношение механических фракций, обладающих цементирующей способностью к механическим фракциям, участвующим в структурообразовании как пассивный материал.
Чем выше фактор структурности, тем выше потенциальная способность к оструктуриванию.
Для дерново-подзолистой пахотной почвы Р = 45,1%. Для дерново-подзолистой залежной почвы Р = 46,4%.
Таким образом, залежная почва обладала несколько более высокой способностью к оструктуриванию по сравнению с пахотной.
В целом, по всем исследованным параметрам дерново-подзолистая пашня под залежью характеризовалась лучшими показателями микроагрегатного состояния по сравнению с пахотным аналогом.
ВЫВОДЫ
Было проведено определение некоторых показателей состояния органического вещества и структурного состояния дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы на покровном суглинке, используемой под пашню и аналогичной дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы на покровном суглинке, более 10 лет находящейся в залежном состоянии. Исследуемые почвы, расположены на одном элементе рельефа на разных полях. В результате проведенных исследований установлено:
- Дерново-подзолистая почва под пашней по сравнению с залежной дерново-подзолистой почвой характеризовалась достоверно более низким содержанием общего гумуса (Собщ 1,31 и 1,69% соответственно);
- Различий в составе гумуса исследуемых почв обнаружено не было (отношение Сгк/Сфк 0,8 в обеих почвах);
- Более высокий уровень гумусированности залежной дерново-подзолистой почвы по сравнению с пахотным аналогом обусловлен, очевидно, более высоким поступлением в почву растительных остатков в связи с отсутствием отчуждения части урожая, а также с замедлением минерализации подземной части опада из-за отсутствия обработки почвы. Это подтверждается достоверно более высоким содержанием легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) в залежной почве по сравнению с пахотной (0,27 и 0,14% от массы почвы соответственно)..
- Степень гумификации легкоразлагаемого органического вещества была несколько ниже в пахотной дерново-подзолистой почве по сравнению с залежной - содержание гумусовых кислот в составе ЛОВ - 4,7% и 6,7% соответственно.
- Исследование агрегатного состава сравниваемых почв показало, что в дерново-подзолистой почве под пашней было значительно более низкое содержание агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм) по сравнению с аналогичной залежной почвой (32,2% и 41,1% соответственно). Содержание водопрочных агрегатов в залежной почве также было заметно выше, чем в пахотной.
- Расчеты фактора дисперсности по Н.А. Качинскому, фактора структурности по Фагелеру и показателя структурности по А.Ф. Вадюниной показали, что залежная дерново-подзолистая почва характеризовалась лучшим микроагрегатным составом, по сравнению с пахотным аналогом.
- Обнаруженные различия в агрегатном и микроагрегатном составах исследуемых почв обусловлены, очевидно, отмеченными выше различиями в состоянии органического вещества этих почв.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Л.А. Александрова Органическое вещество почвы и процессы его трансформирования. Л 1980 г.
2.Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Таразанова Т.В. Диагностика степени выпаханности почв различных зон по содержанию легкоразлагаемых органических веществ // Известия ТСХА. - 2004. - Вып. 1. - С. 16-23.
.В. Р. Вильямс <<Общее земледелие с основами почвоведения >> М 1927
.Володарская И.В. Агрогенная трансформация гумуса дерново подзолистых почв на основе исследования информации длительных опытов. Автореф. … канд. биол. наук. - М.: ВИУА, 2001. -20 с.
.Гаврилюк Ф.Я. Гумус и урожайность зерновых культур Земледелие. - 1991. - № 3. - С. 31-32.
.Гамзиков Г.П., Ильин В.Б., Назарюк В.М. и др. Агрохимические свойства почв и эффективность удобрений. - Новосибирск: Наука, 1989. - 254 с.
.Ганжара Н.Ф. Факторы, обуславливающие уровни стабилизации содержания и запасов гумуса в почвах Органическое вещество и плодородие почв. - М., 1983. - С. 17-23.
.Ганжара Н.Ф., «Почвоведение» . М 2001г.
9.Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В., Хамиду Диаби. Содержание, состав и свойства лабильных форм органических веществ в почвах// Актуальные вопросы агрономического почвоведения.- М.: Изд-во ТСХА, 1988.-С. 50-56.
10.Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А. Гумусообразование и агрономическая оценка органического вещества почв. - М.: Агроконсалт. - 1997. - 82 с
.Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Агроэкологические функции легкоразлагаемого органического вещества почв.>> М 2000 г.
.Ганжара Н.Ф., Середова Е.М. Влияние органических удобрений на содержание и состав легкоразлагаемого органического вещества в дерново-подзолистых почвах. // Экол. пробл. почвоведения.- М., 1999.- С. 137-145.
.Григорьева Е.И. Гумус дерново-подзолистых почв. - М.: Минсельхозпрод РФ, 1995. - 80 с.
15.Дедов А.В. Воспроизводство органического вещества почвы в земледелии ЦЧР (вопросы теории и практики): Автореф. дис. …. д-ра с.\х. наук. - Воронеж, 2000. - 46 с.
16.Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. Уч. пособие. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - 137 с.
.Дьяконова К.В., Александрова Л.Н., Кауричев И.С. и др. Рекомендации для исследования баланса и трансформации органического вещества при сельскохозяйственном использовании и интенсивном окультуривании почв. - М.: 2003. - С. 609-618.
.Дьяконова К.В., Когут Б.М. Система показателей гумусового состояния для моделей плодородия черноземов // Плодородие черноземов в связи с интенсификацией их использования. - М., 1990. - С. 211-217.
.Дюшофур Ф. Основы почвоведения, эволюции почв (Опыт изучения динамики почвообразования). Пер. с франц. - М.: Прогресс, 1970. - 591 с.
.Жуков А.И.; Сорокина Л.В.; Мосалева В.В. Гумус и урожайность зерновых культур на дерново-подзолистой супесчаной почве [В зависимости от содержания общего и лабильного гумуса] // Почвоведение. - 1993. - № 1. - С. 55-61.
.Заболоцкая Т.Г., Лютоева М.Н. Послеуборочные остатки полевых культур, их разложение и влияние на содержание подвижных форм азота в некоторых подзолистых почвах // Агрохимия. - 1977. - № 2. - С. 3-7.
.Заславский М.Н. Эрозия почв. - М.: Мысль, 1979. - 245 с.
.Зезюков Н.И., Дедов А.В. Содержание лабильного органического вещества в пахотных черноземах Центрально-Черноземной зоны // Почвоведение. - 1994. - №10. - С. 54-57.
.Иванов И.А., Иванов А.И. Гумусное состояние пахотных дерново-подзолистых почв Северо-запада России и его трансформация в современных условиях // Агрохимия. - 2000. - № 2. - С. 22-26.
.Ивлев А.М., Дербенцева А.М. Деградация почв и их рекультивация. - Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та. - 2003. - 88 с.
.Карпачевский Л.О. Органическое вещество почв: статика и динамика // Почвоведение. - 1985. - № 9. - С. 122-125.
.Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. - М.: Изд-во МГУ, 1993. 184 с.
28.Карпухин А.И., << Комплексные соединения органического вещества с ионами металлов.>> М МСХА 1986 г.
29.Кауричев И.С., Ганжара Н.Ф. Скорость и направленность процессов превращения органических веществ в дерново-подзолистых почвах // Доклады ТСХА. - вып. 162. - 1971. - С. 7-9.
30.Кауричев И.С., Ганжара Н.Ф., Фокин А.Д. << Изучение гумификации растительных остатков в почвах. >> ТСХА .1970 г.
31.Кирюшин В.И., Ганжара Н.Ф., Кауричев И.С., Орлов Д.С., Титлянова А.А., Фокин А.Д. Концепция оптимизации режима органического вещества почв в агроландшафтах. М.: Изд-во МСХА,1993, с.99.
32.Кирюшин В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика. - М.: Изд-во МСХА, 2001. - 473 с.
33.Когут Б.М. Трансформация гумусового состояния черноземов при их сельскохозяйственном использовании: Автореф. дис. … д-ра биол. наук / Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. - М., 1996. - 48 с.
.Лактионов Н.И., Дегтярев В.В., Карпенко И.В., Азокли Д. Роль некоторых компонентов органической части почвы в структурообразовании. // Тез. докл. 3 съезда почвоведов и агрохимиков Украинской ССР.- Харьков.- 1990.- С. 100-102.
.Муха В.Д. Общие закономерности и зональные особенности изменения почв главных генетических типов под воздействием сельскохозяйственной культуры: Автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. - Харьков, 1979. - 36 с.
.Никитин Б.А., Заикин В.П., Полякова Н.В. Влияние культурных растений на содержание гумуса в светло-серых лесных суглинистых почвах. // Расширенное воспроизводство плодородия почв Нечерноземной зоны, 1987.- С. 113-119.
.Озерова М.С. Содержание тяжелых металлов в составе легкоразлагаемого органического вещества почв, прилегающих к промышленным предприятиям. // Тез. докл науч. конф. мол. ученых «Актуальные пробл. развития сел. хоз-ва».- М., 1993.- С. 44-45.
.Полякова Н.В., Костина Ю.Н. Содержание и состав легкоразлагемого органического вещества светло-серых лесных почв. // Устойчивость почв к естеств. и антропог. воздействиям.- М., 2002.- с.207.
.Прасолов Л.И. Чернозем как тип почвообразования.-В кн.: Почвы СССР, т.1, М., изд-во АН СССР, 1939.
.Тейт Р.III. Органическое вещество почвы. - М.: Мир, 1991. - С. 349.
41.И.В. Тюрин <<Органическое вещество почвы и его роль в плодородии.>> М 1965 г.
42.Фокин А.Д. Участие различных соединений растительных сотатков в формировании и обновлении гумусовых веществ почвы. // Проблемы почвоведения. М.: МСХА.- 1978.- С. 19-36.
43.Чесняк Г.Я., Гаврилюк Ф.Я., Крупенников И.А. и др. Гумусовое состояние черноземов // русский чернозем 100 лет после Докучаева. - М., 1985. - С. 176-185.
.Чупрова В.В. Углерод и азот в агроэкосистемах Средней Сибири. - Красноярск: Красноярский гос. ун-т, 1997. - 166 с.
.Шарков И.Н. Минерализация и баланс органического вещества в почвах агроценозов Западной Сибири: Автореф. дис. … д-ра биол. наук.- Новосибирск, 1997. - 37 с.
46.Шейн Е.В., Гончаров М.В. <<Агрофизика >>Феликс 2006 г.
47.Asmus T., Hermann V. Reproduktion der organischen Substanzes des Bodens. Berlin, 1977. - 56 s.
48.Flaig W. Organic compounds in soil // Soil Sci. - 1971. - V. 111. №1. - P. 19.
49.Gaiser T., Stahr K. Bedeutung der leichten Fraktion der organischen Bodensubstanz für die Stickstoffmineralisierung und die Ertragfahigkeit eines FerralißHarlic Acrisol. Mitt.Dt.Bodenkundl.Gez.- Gottingen, 1993, Bd.71,- S. 243-246.
50.Labile soil organic matteras influenced by cropping practices in an arid environment // Soil Biol. Biochem. - 1994. - Vol. 26. - N 12. - P. 1647-1656.
51.Oberlander H. Die Erhaltung des Humusgleichgewichtes in intensiv genutzen Ackerboden. - Forderungsdienst. - 1979. - Bd. 27. - № 1. - S. 16-19.