CC BY
69
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЯ, МЕЛИОРАЦИЯ
УДК 631.445.24:470.53
Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой почвы Предуралья под естественным злаково-разнотравным лугом
Нина Егоровна Завьялова, доктор биол. наук, зав. лабораторией ГНУ Пермский НИИСХ Россельхозакадемии, с. Лобаново, Пермский край, Россия Инна Владимировна Казакова, аспирант ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия
E-mail: pniish@rambler.ru
Определено количество и химический состав надземной массы и войлока, поступающих ежегодно в дерново-подзолистую почву под злаково-разнотравным лугом. Дана агрохимическая характеристика генетического профиля, изучен гранулометрический состав, фракционно-групповой состав гумуса и биологическая активность почвы в естественных условиях почвообразования.
Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, естественный злаково-разнотравный луг, агрохимическая характеристика, гумус, фракционно-групповой состав, биологическая активность
Одним из наиболее актуальных направлений исследований в почвоведении и агрохимии является разработка методов управления режимом органического вещества почв и элементов питания, основанных на регулировании их количественных и качественных параметров при воздействии природных и антропогенных факторов. Исходя из природно-хозяйственного районирования Предуралье относится к южно-таежной лесной зоне, где преобладают дерново-подзолистые почвы. Изменение агрохимических показателей почв в условиях естественных фитоценозов происходит медленно под влиянием совокупности факторов. В соответствии с особенностями химического состава господствующей растительности для каждой почвы характерно определённое содержание и качественный состав гумуса и других показателей плодородия [1, 2, 3]. Определение агрохимических свойств почвы под естественным злаково-разнотравным лугом позволит изучить процессы трансформации органического вещества и биогенных элементов в условиях динамического равновесия для оптимизации их содержания, запасов и качества в пахотных дерново-подзолистых почвах Предуралья.
Цель исследований - изучить агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы в естественных условиях почвообразования для расширения базы данных по трансформации органического вещества и
биогенных элементов.
Материал и методы. Исследования проводили на стационарном участке дерново-подзолистой почвы естественного злако-во-разнотравного луга, непосредственно примыкающем к опытному полю ГНУ Пермский НИИСХ Россельхозакадемии. Участок выбран в типичном месте с типичным травостоем и разбит на четыре опытные делянки по 2500 м2 Лабораторные исследования выполняли на базе аналитической лаборатории Пермского НИИСХ. Для проведения исследований использовали почвенные образцы, отбор которых проводили в 2010-2012 гг. в период массового цветения трав в трех точках на каждом из двух несмежных повторений буром на глубине 0-20 и 20-40 см. Точечные пробы не объединяли, анализировали каждую с использованием стандартных государственных методик. Для генетической характеристики исследуемой почвы в 2010 г. был выкопан почвенный разрез. Содержание гумуса определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, подвижный фосфор - по Кирсанову, обменный кальций и обменный магний -комплексонометрически, общий азот - по Къельдалю, гранулометрический состав почвы - методом Качинского, фракционно-групповой состав гумуса - по методу Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой. Нитрифицирующую способность почвы определяли по методу Кравкова [4].
Растительные образцы (надземную массу и войлок) отбирали в фазу массового цветения трав. Содержание азота после мокрого озоления определяли титриметриче-ским методом по Къельдалю (ГОСТ 13496.493), фосфор после мокрого озоления - фотометрически в виде окрашенного комплексного соединения (ГОСТ 26657-97), кальций из золы комплексонометрическим методом (ГОСТ 26570-95).
Результаты и их обсуждение. Видовой состав травостоя естественного злаково-разнотравного луга в среднем за три года состоял: 62% - злаковые, 13,2 - бобовые, 24,5% - разнотравье. Травостой не отчуждается. Избыточное накопление отмершей надземной массы приводит к обеднению видового разнообразия. В результате естественного отбора сохранились те виды растений, которые наиболее жизнеспособны в данных почвенно-климатических условиях
Таблица 1
Результаты химического анализа надземной злаково-разнотравного луга (на а.с.в.)
(ежа сборная, пырей, овсяница, хвощ, щавель, подмаренник и др.). Сбор сухого вещества в фазу цветения трав варьировал по годам в интервале 2,17-2,45 т/га. Корневая масса, определенная по урожаю основной продукции, составляет 3,67-3,95 т/га [5].
Усредненный химический состав зеленой массы злаково-разнотравного луга в период массового цветения трав (на сухое вещество): азот - 1,81%, фосфор - 0,59%, кальций - 0,55%. Вся отмершая наземная масса поступает в почву. Корневые остатки (войлок) характеризуются наличием 0,89% азота и 0,48% фосфора (табл. 1). Ежегодно с наземной массой и войлоком выносится из почвы и возвращается в почву в среднем 75,90 кг/га - азота, 31,98 - фосфора и 35,62 кг/га - кальция. Почвенные процессы протекают в условиях динамического равновесия. Под травянистой растительностью преобладает дерновый процесс почвообразования.
массы и корневых остатков
Надземная масса Войлок
Годы кол-во, т/га сухое вещ-во, % сырая клетчатка, % N % Р 2 О 5, % СаО, % кол-во, т/га N % Р 2 О 5, % СаО, %
2010 2,17 27,94 28,08 1,89 0,63 0,46 3,67 0,96 0,52 0,57
2011 2,32 24,32 25,26 1,59 0,48 0,40 3,82 0,73 0,42 0,64
2012 2,45 32,18 28,92 1,96 0,65 0,79 3,95 0,99 0,51 0,58
0 2,32 28,15 27,42 1,81 0,59 0,55 3,81 0,89 0,48 0,60
V,0/« 1,58 2,03 8,95 6,07 4,59 13,28 2,74 8,74 9,70 7,74
Для генетической характеристики исследуемой почвы на территории опытного участка выполнен почвенный разрез. Анализ различных горизонтов почвенного профиля представлен в таблице 2.
Почва дерново-подзолистая сформировалась под травянистой растительностью злаково-разнотравного луга. Гумусовый горизонт А1 четко выражен, имеет светло-коричневую окраску и мелкоореховатую структуру, сухой, рыхлый, пронизан корнями растений, видны ходы червей, его мощность составляет 22 см. По классификации [6] почва слабогумусированная, содержание гумуса в горизонте А1 составляет 2,06%, с глубиной его количество резко падает, что характерно для дерново-подзолистых почв. Реакция среды кислая. Кислотность почвы
(рНкс1) под луговой растительностью в гумусовом горизонте составляет - 4,6. Величина рНкс1 по профилю уменьшается, переходя в сильнокислую в горизонте В1. Содержание суммы обменных оснований возрастает вниз по профилю. Прослеживается тенденция увеличения подвижных форм фосфора с глубиной, что связано с особенностями поч-вообразующей породы. Содержание азота в горизонте А1 на уровне целинных дерново-подзолистых почв Предуралья - 0,149% [7, 8]. Подзолистый горизонт не выражен. Горизонт А2В - оподзоленный иллювиальный горизонт светло-коричневого цвета, сухой, рыхлый, структура ореховатая, переход в нижележащий горизонт постепенный с затеками. Наблюдаются корни растений, ходы червей, мощность - 6 см. Горизонт В1 -
иллювиальным хорошо выражен, имеет светло-бурый цвет, сухой, крупноорехова-той структуры, встречаются единичные корни, мощность составляет 48 см, переход к горизонту В2 слабо выражен. Горизонт В2 - коричнево-бурый, средней влажности, плотный, крупноореховатой структуры, встречаются отдельные корни, мощность -29 см. Переход в нижележащий горизонт постепенный, но заметный. Горизонт В2С -
переходный к почвообразующей породе, темно-бурого цвета, влажный, плотный, бесструктурный, вязкий. Переход к горизонту С не выражен. Мощность составляет примерно 22 см. Материнская порода - горизонт С начинается с глубины 127 см, бесструктурная, влажная и плотная масса темно-бурого цвета, представлена покровными суглинками, богата фосфором и обменными основаниями.
Таблица 2
Агрохимическая характеристика профиля исследуемой дерново-подзолистой почвы
Гори- Глубина, рНксГ Нг Са Mg Гумус, Р2О5, Nобщ,
зонт см мг-экв./100 г % мг/кг %
Ai 0-22 4,6 3,4 14,8 3,6 2,06 267 0,149
А2В 22-28 4,5 3,3 18,8 4,1 1,45 247 0,112
Bi 28-76 4,2 3,2 27,4 6,0 0,38 332 не опр.
В2 76-105 4,3 2,5 32,5 5,8 0,24 395 -«-
В2С 105-127 4,4 2,4 31,0 4,8 0,10 409 -«-
С от 127 4,4 2,4 35,2 3,5 0,18 335 -«-
Согласно классификации почв по гранулометрическому составу, предложенной Н.А. Качинским [9], почва под злаково-раз-нотравным лугом дерново-мелкоподзолистая, крупнопылеватая, тяжелосуглинистая. Содержание физической глины 45,43% в слое 0-20 см и 49,81% в слое 20-40 см. Содержание фракции крупной пыли преобладает и составляет 25,72% в пахотном и 21,71% от суммы фракций в подпахотном слое, фракция ила находится на уровне 18,98 и 25,12% соответственно (табл. 3).
Дерновый процесс почвообразования способствует формированию гуматно-фуль-ватного типа гумуса. Анализ фракционно-группового состава гумуса показал, что в горизонте А1 естественного злаково-разно-травного луга преобладает фракция 3 гумусовых кислот, которая составляет 0,65% к массе почвы и 2-я фракция - 0,44% (табл. 4). Содержание подвижных гумусовых веществ несколько ниже и составляет 0,37% к массе почвы. Доля фульвокислот в составе гумуса значительно выше, чем гуминовых. Соотношение Сгк : Сфк в верхнем горизонте составляет 0,82. Тип гумуса наиболее устойчивый и характерный для дерново-подзолистых почв Предуралья. С глубиной количество фульвокислот увеличивается, отношение суммы гуминовых кислот к сумме фульво-
кислот сужается до 0,15 в горизонте С. В почве ниже 76 см отсутствуют гуминовые и фульвокислоты 1 -й фракции, по-видимому, тяжелый гранулометрический состав препятствует миграции подвижных гумусовых веществ. Наличие небольшого содержания гумусовых веществ в почве глубже 28 см объясняется гумификацией корневых остатков травянистой растительности, проникающих на значительную глубину.
Биологическую активность почвы под злаково-разнотравным лугом определяли по нитрифицирующей способности и степени разложения льняного полотна. Эти параметры характеризуют, прежде всего, условия жизнедеятельности микроорганизмов и наличие минерального азота в почве. Нитрифицирующие бактерии отличаются высокой требовательностью к условиям обитания. Кислая реакция среды (рН-4,6), плохая аэрация почвы являются неблагоприятными условиями для их жизнедеятельности. Потенциальная нитрифицирующая способность почвы под злаково-разнотравным лугом невысокая и в среднем за три года составила 17,8 мг/кг. Содержание нитратного азота, определенное непосредственно в почвенных образцах в фазу цветения трав, также невысокое и находится на уровне 4,5-5,2 мг/кг.
Таблица 3
Гранулометрический состав исследуемой дерново-подзолистой почвы (содержание фракций в %)
Фитоценоз Глубина взятия образца, см Пыль крупная 0,05-0,01 Пыль средняя 0,01-0,005 Пыль мелкая 0,005-0,001 Ил < 0,001 Песок мелкий 0,25-0,05 Песок средний 1,0-0,25 Физическая глина < 0,01
размер частиц в мм
Естественный злаково- 0-20 25,72 10,72 15,73 18,98 22,25 6,60 45,43
разнотравный луг 20-40 21,71 9,12 15,57 25,12 22,51 5,97 49,81
Таблица 4
Фракционно-групповой состав гумуса профиля дерново-подзолистой почвы под естественным злаково-разнотравным лугом, % к массе почвы
Горизонт Фракция 1 ОЛн Фракция 2 Фракция 3 Сумма сгк
С общ г ^гк Сфк нло4 Собщ г ^гк Сфк С общ г ^гк Сфк ГК ФК СфК
а] 0,37 0,23 0,14 0,12 0,44 0,21 0,23 0,65 0,27 0,38 0,71 0,87 0,82
а2в 0,14 0,11 0,03 0,11 0,36 0,14 0,22 0,42 0,13 0,29 0,38 0,65 0,58
в: 0 0 0 0,08 0,04 0,04 0 0,10 0,01 0,09 0,05 0,17 0,29
в2 0 0 0 0,03 0,02 0,01 0,01 0,07 0,01 0,06 0,02 0,10 0,20
в2с 0 0 0 0,02 0,02 0,01 0,01 0,07 0,01 0,06 0,02 0,09 0,22
с 0 0 0 0,02 0,01 0,01 0 0,12 0,01 0,11 0,02 0,13 0,15
К показателям мобилизации биохимических процессов, происходящих в почве, можно отнести степень разложения льняной ткани, которая косвенно характеризует обеспеченность почвы азотом.
Длительное отсутствие механического воздействия, большое количество отмирающей биомассы ухудшают условия аэрации почвы под злаковым лугом, что приводит к ухудшению условий жизнедеятельности целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Известно, что клетчатка может разрушаться как бактериями, так и грибами. По данным Т.В. Аристовской [10], в кислых дерново-подзолистых почвах грибы преобладают над бактериями. Степень разложения льняного полотна существенно варьировала по годам от слабой до средней по шкале Д.Г. Звягинцева [11] (21,7% в 2011 г. до 44,0% в 2012 г.). По-видимому, это связано с гидротермическими условиями в период проведения эксперимента и активностью плесневых грибов и бактерий в условиях хорошей обеспеченности почвы органическим веществом. В 2012 г. разложение льняных полотен было максимальным, т.к. протекало при благоприятных условиях - температура почвы составляла 19-200С, температура воздуха 20-220С, влажность почвы была на уровне 22-24%.
Выводы. Проведенные исследования показали, что почва под естественным зла-ково-разнотравным лугом является средне-кислой (рНкс1 4,6), содержание гумуса и азота в горизонте А1 соответствует целинным дерново-подзолистым почвам (2,06 и 0,149% соответственно), по гранулометрическому составу - тяжелосуглинистая. Дерновый процесс почвообразования способствует
формированию гуматно-фульватного типа гумуса, соотношение Сгк:Сфк составляет 0,82.
Список литературы
1. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л., 1980. 287 с.
2. Лыков А.М., Еськов А.Л., Новиков М.П. Органическое вещество пахотных почв Нечерноземья. М.: Россельхозакадемия. ВНИИТИОУ, 2004. 630 с.
3.Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество почв. М.: ВНИИА, 2010. 352 с.
4. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
5. Левин Ф.И. Количество растительных остатков в посевах полевых культурах и его определение по урожаю основной продукции //Агрохимия. 1977. № 8. С. 36-42.
6. Гришина Л.А., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв// Проблемы почвоведения. М.: АН СССР, 1978. С. 42-47.
7. Дьяков В.П. Изменение свойств дерново-подзолистых почв тяжелого механического состава Среднего Предуралья при окультуривании. Автореферат дис. ... канд. с.-х. наук. Пермь, 1971. 25 с.
8. Каратаев Н.Я. Почвы Пермской области. Пермь: Пермское кн. изд-во,1962. 278 с.
9. Качинский Н.А. Почва, ее свойства и жизнь. М.: Изд-во Наука, 1975. 290 с.
10. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л.: Наука, 1980. 187 с.
11. Звягинцев Д.Г., Асеева И.В., Бабье-ва И.П., Мирчан Т.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во МГУ, 1980. 224 с.
Agrochemical characteristics of the Urals' sod-podzolic soil under natural grass-forb meadow
Zav'yalova N., Kazakova I.
We examined the quantity and the chemical composition of the surface mass and the numdah entering the sod-podzolic soil yearly under grass-forb meadow. The genetic profile was characterized agrochemically, and particle size distribution, humus fractional composition and biological activity of the soil under natural conditions of soil formation were studied.
Key words: sod-podzolic soil, natural grass-forb meadow, agrochemical characteristics, fractional composition, biological activity
