CC BY
63
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Сер. 3. 2008. Вып. 2
УДК 631.4
О. Ю. Калинина, М. А. Надпорожская, О. Г. Чертов, Л. Джани
СТАРОПАХОТНЫЕ ПОЧВЫ С МОЩНЫМ ГУМУСОВЫМ ГОРИЗОНТОМ В КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ РОССИИ*
Развитие сельского хозяйства привело к современному предкризисному состоянию в общепланетарных масштабах. Ежегодно из пахотного фонда для несельскохозяйственных нужд (застройка, дороги, бедленды, овраги) выводится около 6 млн га. Для компенсации потерь распахиваются целинные земли — пастбищные, луговые, лесные. В результате общая площадь пашни изменяется мало, оставаясь в течение последних лет на одном, с небольшими годовыми колебаниями, уровне — около 1,5 млрд га. В связи с ростом населения планеты это ведет к сокращению доли продуктивных пахотных земель на душу населения [5]. В таких условиях следует особенно эффективно использовать 01раниченные земельные ресурсы. Культурная эволюция почв может приводить как к повышению, так и к понижению почвенного плодородия. Это парадокс культурного почвообразования. При вовлечении естественной почвы в сельскохозяйственное производство резкое увеличение скорости процессов биогеохимического цикла ускоряет и процессы почвообразования. Требуется постоянное поступление энергетического материала (свежего органического вещества (ОВ), минеральных веществ). Отсутствие или недостаточность поступления вещества компенсируется мобилизацией резервов, что приводит к истощению почвы и резкому снижению плодородия в любой природной зоне. Зональные особенности проявляются в интенсивности развития этого процесса. При достаточном поступлении энергетического материала высокая интенсивность процессов приводит к улучшению режима питания растений и стабильному повышению плодородия [8]; антропогенный фактор становится ведущим, что вызывает стирание генетических различий между почвами и приобретение ими сходных свойств [3]. Особого внимания заслуживают примеры ведения длительного неистощимого сельского хозяйства.
На северо-западе Европы — в Нидерландах, Бельгии, северной Германии, некоторых районах Дании — в течение 500-800 лет применялась система земледелия с регулярным внесением органических удобрений — «плагген». «Плагген» получали главным образом, срезая лесную подстилку вместе с верхней частью органо-минерального горизонта подзолов вересковых пустошей и сосняков. Этот материал использовался при стойловом содержании домашнего скота. После обогащения навозом и компостирования его вывозили на поля. В результате длительного внесения органно-минеральных масс удобрений образовались почвы с мощным гумусовым горизонтом [20, 26]. В Голландии, например, такие почвы занимают значительные пространства: около 10% от общей площади страны [36]. Подобные почвы могли формироваться повсеместно вблизи постоянных населенных
* Работа выполнена при финансовой поддержке фонда DFG (грант Gi -171/10-2). © О. Ю. Калинина, М. А. Надпорожская, О. Г. Чертов, JI. Джани, 2008
пунктов, где использовались длительное время при достаточном внесении органических удобрений. На Европейском Севере России (в Холмогорском и Шенкурском районах Архангельской области) более 300 лет существовала сходная система окультуривания почв [4]. На территории Приневской низменности острая потребность в интенсивном освоении и окультуривании новых сельскохозяйственных угодий возникла после основания Санкт-Петербурга в 1703 г. [12].
Почвы с такой историей окультуривания при мощности гумусового горизонта более 40 см в немецкой классификации выделены в отдельный тип Plaggenesche [17]. В мировой классификации!! тип Plaggic Anthrosols выделяется при мощности гумусового горизонта более 50 см [30]. В России особого места в новой классификации 2004 г. [7] эти почвы не получили, остались «по умолчанию» между агроземами (сельскохозяйственными почвами с мощностью гумусового горизонта более 25 см) и стратоземами, т. е. синлитогенными почвами, «растущими вверх», гумусовый горизонт которых формируется из экзогенного орган-но-минерального материала. Прежде такие почвы относили к большой группе культурных дерново-подзолистых ггочв [6], не выделяя в особую классификационную структуру.
Классификационная неопределенность в России, а также способность старопахотных почв с мощным гумусовым горизонтом депонировать большие массы органического вещества, повышенное плодородие (как результат применения стратегий ресурсосберегающего землепользования) — причины, по которым эти почвы нуждаются в особом внимании и изучении.
Объекты исследования. В 2001-2003 гг. в ходе полевых почвенных исследований в Приневском районе Ленинградской области и Холмогорском и Шенкурском районах Архангельской области выделены ареалы распространения старопахотных почв с мощными гумусовыми горизонтами, которые по истории окультуривания и свойствам были классифицированы как почвы с горизонтом «плагген» [24,25]. В работе представлены два наиболее типичных разреза из Архангельска и С.-Петербурга. Для сравнения выбрана почва типа Plaggic Anthrosols в Германии.
Разрез № 1 — заложен на газоне ботанического сада университета Ольденбурга, который расположен на северо-западе Германии в 90 км от побережья Северного моря и 90 км восточнее границы с Нидерландами. Среднегодовая температура +8,5...+9,0 "С, в год выпадает 750-800 мм осадков. Геоморфологически территория представляет собой низменность, сложенную флювио-гляциальными песками Московского оледенения [22, 41].
Разрез № 2 — заложен на картофельном поле Холмогорской опытной станции животноводства и луговодства в дер. Магигоры Холмогорского района Архангельской области. Исследуемая территория расположена в зоне северной тайги и представляет собой волнистую равнину, сложенную на поверхности моренными песками Валдайского оледенения. Среднегодовая температура в регионе +0,8 °С, количество осадков 530 мм в год [1].
Разрез № 3 — заложен на поле с многолетними травами совхоза Детскосельский, 25 км южнее С.-Петербурга, на Приневской низменности. Современная поверхность низменности представляет собой плоскую террасированную равнину, сформированную деятельностью позднеледниковых бассейнов Валдайского оледенения. Наиболее распространенными поверхностными отложениями являются валунные суглинки, пески и супеси ледникового и водно-ледникового происхождения. Среднегодовая температура +3,5 °С, количество осадков 595 мм в год [10].
Методы исследования. Образцы отобраны из гумусовых горизонтов трех исследованных старопахотных почв с интервалом 10 см, высушены при комнатной температуре, растерты и пропущены через сито 1 мм. Определение рН водной и солевой проводили потенциометрическим методом со стеклянным электродом в суспензии 1:2,5 с дистиллированной водой и водным раствором 0,1 М СаС12 [39]. Общее содержание органического углерода и азота определяли методом сухого сжигания с помощью C/N/S анализатора (Fisons Instruments, Na 2000). Для расчета количества ОВ почвы по данным содержания органического углерода (Со6щ) использован коэффициент 2 [11,38]. Валовые формы фосфора определяли стандартным методом, предложенным в Мировой классификации почв. Определение проводили колориметрически с ванадиево-молибденовым реагентом после прокаливания почвы в муфеле
при температуре 800 °С и последующей обработке 21 %-ной азотной кислотой. Подвижные формы фосфора определяли колориметрически в 1%-ном растворе лимонной кислоты [21]. Емкость катионного обмена определяли на атомно-адсорбционном спектрометре (Varían SpectrAA 300) в экстракте после трехкратного последовательного встряхивания почвы с раствором 1 М NH4Ac в течение 30 мин при соотношении почва раствор 1:20 [21]. Групповой состав OB определяли по Пономаревой-Плотниковой [11].
Гранулометрический состав. Для диспергирования почвы использовали ультразвуковой дроссель согласно методу, предложенному К. Кайзером [31]. Перед отделением фракций грубого и среднего песка (>200 цм) на сите навеску почвы 30 г в 150 мл воды обрабатывали ультразвуком (энергия 60 кДж/мл). На второй стадии обработки почвы ультразвуком использовали энергию 440 кДж/мл. После вторичной обработки ультразвуком фракции мелкого песка (200-63 цм) и крупной пыли (63-20 цм) получали с помощью сит. Фракции средней (20-6,3 цм), мелкой пыли (6,3-2 цм) и глины (<2 цм) были получены стандартным методом отмучивания при их осаждении в цилиндре за время, рассчитанное по формуле Стокса [39]. Фракцию глины отделяли от воды центрифугированием в течение 1 ч при относительном центростремительном ускорении 4 400 g.
Разделение почвы по плотности 2 г/см3 [18, 31] и определение качественного состава OB в каждой из фракций методом ИК-спектроскопии. OB, несвязанное минеральной фазой почвы, отделяли в 62%-иом растворе поливольфрамата натрия (TC-Tungsten Compounds, Germany) плотностью 2 г/см3. К 5 г воздушно-сухой почвы добавляли 25 мл 62%-ного раствора поливольфрамата натрия, встряхивали 24 ч и затем центрифугировали 30 мин при 10 000 g. Фракцию почвы плотностью <2 г/см3 переносили на фильтр в воронке Бюхнера и промывали под давлением дистиллированной водой до электропроводности промывных вод <50 цСм/см. Таким же образом промывали и фракцию почвы плотностью >2 г/см3. Обе фракции высушивали при комнатной температуре, взвешивали и определяли в них углерод методом сухого сжигания с помощью C/N/S анализатора (Fisons Instruments, Na 2000). Для подготовки к ИК-спектроскопии фракции плотностью >2 г/см3 использовали метод, описанный в работе Ю. Pax [37]. 3 г почвы помещали в пластиковую пробирку, добавляли 10 мл 0,3 М HF и встряхивали 24 ч при комнатной температуре. Затем пробы центрифугировали 10 мин при 1200 g, промывали 2 раза дистиллированной водой при 30-минутном встряхивании и центрифугировали для отделения почвы от раствора. Далее почва была заморожена и высушена в вакуумной установке. Органическое вещество отделяли от минеральной фазы механически и определяли углерод методом сухого сжигания с помощью C/N/S анализатора (Fisons Instruments, Na 2000). Для ИК-спектроскопии органического вещества обеих фракций почвы по плотности (>2 и <2 г/см3) взвешивали 3^ мг органического материала, растирали в агатовой ступке с 100 мг КВг, помещали на 2 мин под пресс с нагрузкой 8 т. Полученные пластинки анализировали на ИК-спекртометре (FTS 7, Fa Bio-Rad) в интервале волновых чисел 225-4 000 см-1. Спектры были проанализированы на основе данных Д. С. Орлова [9], Ф. Ж. Стивенсона [43], У. Фуке [23] и Н. Сенеси [40]. Количественная оценка содержания различных функциональных групп сделана с учетом содержания углерода во фракциях.
Обсуждение результатов исследования. Несмотря на разницу по климатическим показателям, на песчаных породах под зональной растительностью и в Германии и в России формируются подзолистые альфегумусовые почвы. Но сельскохозяйственное использование приводит к усилению депонирования органического вещества и формированию мощных гумусово-аккумулятивных горизонтов. Граница между гумусовым и нижележащим горизонтом имеет форму ровной линии, наличие которой является характерной для окультуренных почв. Хотя профили исследованных почв четко дифференцированы по элювиально-иллювиальному типу, представленные почвенные разрезы обладают агро-генно-преобразованными гумусовыми горизонтами мощностью более 50 см (табл. 1). В почве из С.-Петербурга гумусовый горизонт имеет наименьшую протяженность 36-52 см. На антропогенное происхождение гумусовых горизонтов указывают включения черных древесных углей, крошка красного кирпича и осколки керамики. В российских почвах были отмечены включения торфа. Изученные окультуренные почвы отличаются повышенными запасами OB. Например, установлено, что содержание OB в почвах Plaggic Anthrosols в 10 раз может превышать запас углерода в бурой лесной почве [26, 31].
Таблица 1
Основные характеристики исследованных почв Ольденбурга, Архангельска и С.-Петербурга
Горизонт Мощность, см рН (Н,0) рн (СаС1,) ЕКО» ммоль/ кг С « , обш' % СЛ1 ^сбший мг/кг ^подвижный мг/кг
Разрез № 1. Олъденбург
АУ 12 4,8 4,5 9,9 2,2 18 421 372
РУ, 36 4,7 4,2 8,6 1,8 20 364 319
РУ, 66 4,7 4,8 8.8 2,6 20 821 811
АУ+Е+ВОТ 72 5,2 4,9 5,1 2,0 20 285 334
ВНР 80 5,4 4,9 2,5 0,6 н. о. 82 65
С 80+ 5,0 4,9 1,9 0,2 « 49 44
Разрез № 2. Архангельск
РУ, 25 6,9 6,6 10,7 3,7 14 1343 759
РУ, ' 47 6,8 6,5 9,5 2,8 12 14)2 791
РУ, 54 6,7 6,1 8,5 2Д 12 1158 583
РУ. 59 6,8 6,1 5,6 1,5 12 864 456
Е 65 6,8 6,2 1,5 0,5 н. о. 123 58
ВР 92 6,8 6,3 4,0 0,9 « 501 163
С 92+ 6,5 6,4 3,5 0,5 « 271 143
Разрез № 3. С.-Петербург
РУ 28 6,3 6,0 12,2 4,8 16 1069 506
Аи 36 (52) 7,1 6,1 9,3 3,7 17 1246 385
ЕЬ6 44 (60) 7,2 6,2 3,1 0,4 14 236 169
втё 60+ 7,4 6,1 6,8 н. о. н. 0. 245 71
Примечание. ЕКО* — емкость катионного обмена, н. о. — не определялось.
Почвы из Архангельска и С.-Петербурга имеют реакцию среды водной и солевой суспензий близкую к нейтральной. Почва Ольденбурга отличается более низкими значениями водородного показателя. Известно, что почвы типа Р1১1с АпИтгозоЬ, сформированные в основном на флювиогляциальных песках Московского оледенения, характеризуются низкими значениями рНСаС|_ 4,0-4,5 [26]. Высокая кислотность западно-европейских почв с горизонтом «плагген» может быть связана также с внесением компостов на основе вереска. Исследованные российские пахотные почвы удобрялись, как правило, компостами на основе низинного торфа с нейтральной реакцией [3,12], они сформированы на породах последнего Валдайского оледенения. Гумусовые горизонты обогащены органическим веществом, определяющим повышенную емкость катионного обмена. Содержание органического углерода (Со6щ) в гумусовых горизонтах почв Архангельска и С.-Петербурга составляет 1,5-4,8%, что в пересчете на органическое вещество (ОВ) соответствует 3,0-9,6%. Гумусовый горизонт почвенного разреза из Ольденбурга содержит 1,8-2,6% Собщ или 3,6-5,2% ОВ. Данные, полученные для российских почв с горизонтом «плагген», превышают показатели по содержанию ОВ в европейских почвах песчаного механического состава типа Р1১ю ЛтИгоБоЬ. Содержание ОВ в последних может варьировать от 1-5 [19], 4-5 [35] до 1-8% [16, 20]. По сравнению с данными, приведенными в «Классификации почв России» 1977 г. (для культурных дерново-подзолистых почв на разных породах 2,5-5,0%) и в «Классификации и диагностике почв России» 2004 г. (для агроземов текстурно-дифференцированных до 4% и для агрозсмов альфегумусовых
до 3%), исследованные почвы отличаются повышенным содержанием ОВ. Обогащен-ность почв Архангельска и С.-Петербурга органическим веществом связана, по нашему мнению, с более высоким содержанием в них фракций пыли и глины (табл. 2). Последнее согласуется с данными В. Экельмана [20], который показал зависимость обогащенности органическим веществом старопахотных почв типа Plaggic АпЛгояокч от содержания в них тонких фракций. Высокое содержание ОВ в почвах С.-Петербурга и Архангельска может быть объяснено регулярным внесением компостов на основе торфа. Почва Ольденбурга в последние 50 лет не удобрялась и не использовалась в сельском хозяйстве.
Таблица 2
Гранулометрический состав почв Ольденбурга, Архангельска и С.-Петербурга, %
IЪризонт Песок, цм Пыль, цм Глина, цм
Крупный, 2000-630 Средний, 630-200 Мелкий, 200-63 Крупная, 200-63 Средняя и мелкая, 63-2 <2
Разрез Л? 1. Ольденбург
АУ 0,7 36,9 52,2 3,5 1,5 1,0
РУ, 1,2 39.1 53,6 3,8 1,6 0,7
РУ2 3,1 32,5 56,9 4,4 1,8 1,3
АУ+Е+ВНЕ 0,5 41,9 48,9 6,2 1,4 1,1
ВНР 0,7 35,6 57,7 4,6 1,0 0,4
С 0,5 40,7 57,0 1,6 0,1 0,3
Разрез № 2. Архангельск
РУ, 0,5 4,0 72,6 14,3 5,1 3,6
РУ2 0,4 3,7 71,1 15,5 5,3 4,1
РУ3 0,5 4,0 70,7 16,7 5,2 3,1
р^ 0,3 3,0 69,6 19,1 5,6 2,6
Е 0,2 2,1 66,0 2.4,0 6,6 1,0
ВЕ 0,6 2,3 81,8 9,9 2,2 3,1
С 0,2 1,9 80,4 11,9 2,3 3,5
Разрез № 3. С.-Петербург
РУ 0,5 2,2 14,8 34,8 33,8 13,9
Аи 0,3 0,9 7,7 41,0 38,6 11,5
0,2 0,5 11,5 50,6 31,4 6,0
ВТ§ 2,5 6,8 17,2 11,6 46,1 15,8
Средние значения отношений С/И в гумусовых горизонтах почв Ольденбурга, С.-Петербурга и Архангельска были 19,3, 12,5 и 16,6 соответственно (см. табл.1). Причиной высоких значений отношений СЛЧ в почве Ольденбурга могло быть длительное внесение компостов на основе вереска. Согласно данным Г. Шпрингоб и соавторов [41], увеличение отношения С/К в пахотных почвах легкого механического состава в направлении с востока на запад Германии отчасти связано с повышением доли почв типа Р1а£§1с АпШгоэоЬ, которые столетиями удобрялись вересковыми компостами. Исходные почвы
тоже были бедны азотом. Зональными типами почв, которые изначально окультуривались, во всех исследованных регионах были грубо- и модергумусные подзолы и подзолистые почвы. Для такого типа гумуса характерно отношение С/Ы 25 40 [14]. Следует принять во внимание, что в Германии применяли для удобрения компосты на основе вереска, содержание азота в котором составляет всего 0,5% [45]. В России поля удобряли преимущественно компостами на основе низинного торфа, которые содержат 2,5^1,4% азота [27], а также лапника хвойных. Поэтому более низкие отношения С/Ы в российских почвах могут быть обусловлены именно качеством внесенных удобрений. Активное применение в 1960-1970-е годы в Ленинградской области торфо-минеральных удобрений (ТМАУ) с высокой долей лабильного азота [13] не отразилось на масштабах накопления азота в почвах. Возможно, более широкое по сравнению с Архангельском отношение С/Ы в почве С.-Петербурга связано с сохранением неразложившихся фрагментов торфа, которые были найдены при полевом обследовании, и быстрой потерей аммонийного азота [25].
Формирование гумусовых горизонтов при длительном внесении органо-минераль-ных компостов сопровождалось накоплением в почвах органического фосфора (см. табл. 1), что является одним из существенных диагностических признаков при выделении типа почв АпШгозоЬ [19]. Содержание общего фосфора в таких почвах на северо-западе Германии изменяется в пределах 500-800 мг/кг [26], достигая в отдельных случаях 2000 мг/кг [19]. Следует отметить, что доля подвижного фосфора в почве Германии значительна, что, вероятно, обусловлено преобладанием песчаных частиц (см. табл. 2).
Таблица 3
Состав органического вещества старопахотных окультуренных почв (С грунн, в% ог С )
Образец, глубина, см С ФК Г + г гк т ФК НО '-ГК ' '-ФК
Разрез № 1. Ольденбург
0-10 39,6 46,3 85,9 14,1 0,9
10-20 43,8 38,5 82,3 17,7 1,1
20-30 36,7 30,2 66,9 33,1 1,2
30-40 43,7 39,3 83,0 17,0 1,1
40-50 37,9 31,0 69,0 31,0 1,2
50-60 39,7 35,1 74,7 25,3 1,1
60-70 37,4 33,3 70,7 29,3 1,1
Разрез № 2. Архангельск
0-10 37,1 27,6 64,7 35,3 1,3
10-20 32,5 27,3 59,8 40,2 1,2
20-30 40,2 31,6 71,8 28,2 1,3
3040 38,8 33,8 72,6 27,4 1,1
40-50 45,6 36,7 82,3 17,7 1,2
Разрез № 3. С.-Петербург
5-15 40,9 28,8 69,7 30,3 1,4
23-33 43,3 28,8 72,1 27,9 1,5
40-50 39,9 23,0 62,9 37,1 1,7
Групповой состав ОВ всех изученных почв типичен для старопахотных почв (табл. 3). Преобладает группа гуминовых кислот, отношение Сгк/Сфк превышает 1 (гу-матный тип). Этот показатель довольно чувствителен к изменению количества и качества поступающего в почву органического вещества. И в верхних 10 см почвы Ольденбурга, которая вышла из интенсивного сельскохозяйственного использования и занята многолетними травами, в составе гумуса возрастает относительное содержание фульвокислот. Уменьшение отношения Сгк/Сфк при сокращении доз органических удобрений отмечено в литературе [2].
Таблица 4
Содержание органического углерода и СЛЧ соотношения во фракциях по плотности (с1 < 2 г/см3 и й > 2 г/см3) в гумусовых горизонтах исследованных агроземов Ольденбурга,
Архангельска и С.-Пегербурга
Глубина, см Легкая фракция, с/ < 2 г/см3 Тяжелая фракция, с! > 2 г/см3
% от С _ общ ст % от С г общ с/ы
Разрез № 1. Ольденбург
0-10 62,7 16,8 37,3 18,3
10-20 58,7 18,6 41,3 17,0
20-30 55,2 20,5 44,8 18,9
30-40 57,3 17,3 42,7 13,9
40-50 66,6 20,8 33,4 15,4
50-60 68,4 21,3 31,6 19,7
60-70 64,7 24,2 35,6 21,7
Разрез № 2. Архангельск
0-10 74,9 12,7 25,1 10,9
10-20 68,7 12,5 31,6 14,0
20-30 57,4 12,0 42,6 13,7
30^0 62,3 12,4 37,7 11,0
40-50 39,1 22,5 60,9 9,9
Разрез № 3. С.-Петербург
0-10 60,1 18.4 39,9 12,3
10-20 64,0 18,8 36,0 11,6
20-30 61,4 18,2 38,6 12,1
30—40 56,1 18,4 43,9 14,5
40-50 51,9 19,5 48,1 15,3
Влияние вида удобрения на качество ОВ почв проявилось также и в значениях отношений СЖ во фракциях по плотности (<2 г/см3 и >2 г/см3), которые были больше в почве из Ольденбурга (табл. 4). Различия в качестве ОВ исследованных почв подтверждают также ИК-спектры (табл. 5). Так, карбонильные функциональные группы были зафиксированы только в спектре почвы из Ольденбурга, показателями низкого качества ОВ которого являются также высокие отношения СЛЧ, степень окисленности ОВ и высокая кислотность почвы. Амиды были обнаружены только в ИК-спектрах российских почв, что соответствует более низким отношениям С/И в них и относительно высокому индексу ароматичности. Более высокое, чем в Архангельске, отношение С/И в почве С.-Петербурга соответствует более низкому процентному содержанию амидов.
Таблица 5
Относительный состав функциональных групп во фракциях по плотности (й < 2 г/см3 и й > 2 г/см3) в гумусовых горизонтах изученных почв Ольденбурга Архангельска и С.-Петербурга (средние значения для всех глубин)
Волновые числа, см-1 Функциональные группы Район исследования Легкая фракция (Т< 2 г/см'% Тяжелая фракция й > 2 г/см3%
3400 ОН-группы Ольденбург 34,9 20.9
Архангельск 37,5 19,6
С.-Петербург 33,1 10,1
2920 СН2- СН,-группы 'Го же 15,2 13,3
7,5 3,0
7,7 1,9
2850 СН2- СН3-группы « « 10,0 8,6
- -
- -
1720 С=0 в СН3СОН альдегидах и кетонах « « - 9,2
- -
1620 Ароматические С=С и СОО-группы « « 10,7 10,7
21,1 10,8
1530 Амид 11 « « - -
- 3,2
- 0,8
1380 Деформационные колебания ОН и С-0 групп фенолов « « 6,5 -
7,1
1030 Полисахариды 81-0 силикатов « « 22,9 36,4
28,3 61,2
45,9 80,2
1620/2920 Индекс ароматичности « « 0,6 0,8
2,8 3,7
2,2 3,7
Примечание. «-» — не найдено.
Фракция песка пахотных почв, обычно обедненная ОВ, имеет примесь из растительных остатков. ОВ легкой фракции состоит в основном из остатков растений и животных разной степени разложения [18]. В то же время наличие в составе ОВ легкой фракции исследованных почв фенольных групп, фрагментов угля [44], частиц глины и пыли в форме органо-минеральных комплексов [34] говорит о некоторой ее устойчивости к разрушению. В легкой фракции верхнего органо-минерального горизонта подзолов вересковых пустошей и сосняков содержание ОВ составляет 50-100% [31, 33, 38], в пахотных почвах ее содержание снижается до 15-50% [34]. Содержание ОВ в легкой фракции (<2 г/см~3) исследованных почв менялось от 39,1 до 68,4% от Со6щ.
Фракции пыли и глины содержат большее количество ОВ, которое в значительной мере имеет микробиологическое происхождение. Микробиологически синтезированные полисахариды в составе ОВ тяжелой фракции обнаружил Г. Бедерт [15]. В составе ОВ
тяжелой фракции исследованных почв велика доля полисахаридов. По мнению ряда исследователей [28,29,32], взаимодействие микробиологически синтезированных полисахаридов с минеральной фазой является одним из путей формирования стабильного пула OB в почве. Содержание OB в тяжелой фракции почвы (>2 г/см 3) находилось в пределах 25,1-60,9% от Со6щ. Тяжелая фракция включает в себя пул стабильного OB в почве, который представлен в ней органо-минеральными комплексами и минеральными частицами, покрытыми пленками гумусовых веществ [18]. Содержание OB в тяжелой фракции (% от Собщ) не коррелирует с содержанием фракции глины (R2= 0,01). Исследованные почвы не различаются по количеству OB в тяжелой фракции (уровень достоверной вероятности 90%).
Заключение. Все изученные почвы можно отнести к типу почв Plaggic Anthrosols [30] по морфологическим и основным химическим свойствам (характерны высокие концентрации органического вещества и фосфора, гуматный гумус). Это свидетельствует о нивелировании свойств почв разных климатических зон при их интенсивном удобрении в процессе сельскохозяйственного использования. Большинство полученных характеристик OB не меняются по всей глубине гумусовых горизонтов почв, что указывает на относительную их гомогенность. Вероятно, это обусловлено качеством вносимых много лет удобрений, специфичных для каждой территории. Нельзя не учитывать возможного влияния почвенных организмов и корней растений. Известно, например, что количество корней и плотность почвы пропорциональны содержанию OB [36]. То есть в почвах с мощным гумусовым горизонтом корни распространяются вглубь на всю его протяженность. Таким образом, в этой зоне идет активное поглощение питательных веществ и выделение корневых экссудатов, а также поступление опада отмирающих корней.
В то же время различия по другим изученным свойствам (pH, отношение C/N в почве и во фракциях гранулометрического состава, обогащенность фракций гранулометрического состава OB, ИК-спектры) отражают влияние вносимых органических удобрений (компостов стойлового навоза и вереска либо низинного торфа), а также климата (наиболее теплый и влажный климат в Ольденбурге, где почва содержит меньше OB, азота, меньше ароматических структур) и гранулометрического состава (в почве Ольденбурга наименьшее содержание фракции глины). По нашему мнению, баланс OB исследованных почв и его свойства обеспечиваются главным образом особенностями подготовки органо-минеральных и органических компостов и зависят от их качества.
В «Классификации почв России» 2004 г. специфика таких почв не отражена. Почвам с мощными гумусовыми горизонтами следует выделить особую классификационную позицию, учитывающую их синлитогенность, уточнить площади их распространения, принимая во внимание возможное уникальное значение в депонировании OB и повышении плодородия сельскохозяйственных почв.
* * *
Авторы благодарны Юте Pax за компетентные консультации и помощь при проведении ИК-спектроскопии, Ингеборг Эден и Гунде Зенгерлауб за помощь в лаборатории, а также С. Е. Бабенко, Е. И. Малютину, О. М. Соколову и М. Смирновой за сотрудничество и поддержку в России.
Summary
Kalinina О. Yu., Nadporozhskaya М. A., Chertov О. G., Giani L. Old-cultivated soils with thick humus horizon in Russian soil taxonomy.
Old-cultivated soils with thick humus horizon (>50 cm) have been studied in Germany (Oldenburg) and Russia (the Arhangelsk and Leningrad regions). Humus horizons are homogeneous with high contents of organic matter and phosphorus, húmate humus. Studied soil profiles vary by pH, С to N ratios, and IR spectrum
due to the local manure practices. In Russian soil taxonomy of 2004 the agricultural soils with more than 40 cm humus horizons developed because of the surface addition to natural profile of mineral (often humified) materials are classified as a sinlitohenic branch and a stratozem department along with urban soils. Agricultural soils with more than 50 cm humus horizons are marked out as a class of Plaggic Anthrosols in International taxonomy (IUSS, 2006). In modem prior crisis ecological situation special attention should be paid to such soils study and these soils should be especially singled out in Russian taxonomy.
E-mail: marinta@rnail.ru Литература
1. Атлас Архангельской области. Отдел геодезии и картографии при Совете Министров СССР. М., 1976. 2. БакинаЛ. Г., Орлова Н. Е. Особенности современных процессов гумусообразования в дерново-подзолистой супесчаной окультуренной почве // Гумус и почвообразование. Сб. научн. трудов С.-Петерб. аграрн. ун-та. СПб., 2002. С. 27-33. 3. Бирюзов И. С. Торфяное удобрение и его применение (но опыту Севера и научным данным). М.; J1., 1930. 4. Благовидов Л. Н. Сущность окультуривания подзолистых почв //Почвоведение. 1954. № 2. С. 46-60. 5. Добровольский Г. В., Никитин Е. Д. Экология почв. М., 2006. 6. Классификация и диагностика почв СССР. М., 1977. 7. Классификация почв России / Сост. Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М. И. Герасимова. Смоленск, 2004. 8. Муха В. Д. Основные характеристики культурной эволюции почв // Естественная и антропогенная эволюция почв. Пу-щино, 1988. С. 100-107. 9. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М., 1990. 10. Пестряков В. К. Почвы Ленинградской области. Л., 1973. 11. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование. Л., 1980. 12. Ризположенский Р. В. Описание С.-Петербургской губернии в почвенном отношении // Отчет С.-Петербургскому земству о почвенных исследованиях, произведенных в 1905-1907 годах. Казань, 1908. 13. Хмелев М. П., Аршавская В. Ф. Внесение органических удобрений и организация контроля их качества в Ленинградской области // Повышение плодородия дернопо-под-золистых почв. Л., 1977. С. 177-183. 14. Чертов О. Г. Экология лесных земель (почвенно-экологическое исследование лесных местообитаний). Л., 1981. 15. Beuden G. Mikromorphologische, nasschemische und "C-NMR-spektroskopische Kennzeichnung der organischen Substanz von Waldhumusprofilen nach Dichtefrak-tionierung // Bayr. Bodenk. Ber. 1988. N 8. S. 1-133. 16. Blume H.-P., Leinweber P. Plaggen Soils: landscape history, properties and с lassification // J. Plant Nutr. Soil Sei. 2004. N 167. P. 3 19- 327. 17. Bodcnkundliche Kartieranleitung. Stuttgart, 2005. 18. Christensen В. Т. Physical fractionation of soil and organic matter in primary particle size and density separates // Ed. by B. A. Stewart. Advances in soil science. Inc. 20. New York, 1992. P. 1-90. 19. Driessen P., Deckers J., Spaargaren O., Nachtergaele F. Lecture notes on the major soils of the world. World Soil Res. Rep. N 334. Rome, 2001. P. 114-156. 20. Eckelmann W. Plaggenesche aus Sanden, Schluffen und Lehmen sowie Oberflächenveränderungen als Folge der Plaggenwirtschaft in den Landschaften des Landkreises Osnabrück // Geol. Jb. Reihe F. 1980. N 10. P. 1-95. 21. FAO/ISSS/ISRIC. World reference base for soil resources. World Soil Resources Rep. Vol. 84. Rome, 1998. 22. Foerster P., Nieschlag F. Klima und Boden als Standortfaktoren in der Landwirtschaft. Teil 2: Boden- und Pflanzenbau in Weser-Ems in ihrer Abhängigkeit vom Klima. Hamburg; Berlin, 1971. 23. Fookeu U. Huminsären in Oberflächensedimenten der Nordsee: Indikatoren für terrestrischen Eintrag? // Ph. D. Thesis, University Oldenburg, Germany. 2000. 24. Hubbe A., Chertov О., Kalinina О., Nadporozhaskaya М, Tolksdorf-Lienemann Е., Giani L. Genesis and properties of Plaggic Anthrosols of Northcuropian Russia (Archangelsk region) // J. Plant Nutr. Soil. Sei. 2007. Vol. 170. P. 329-334. 25. Giani L., Chertov O., Gebhardt С., Kalinina О., Nadporozhaskaya М, Tolksdorf-Lienemann Е. Plagganthrepts in northwest Russia? Genesis, properties and classification // Geoderma, 2004. Vol. 121. P. 113-122.26. Giani L„ Gebhardt H. Verlust landwirtschaftlich wertvoller Flächen — Am Beispiel des Nutzungswandels des Plaggeneschs in der Gemeine Bad Zwischenahn. Verhandl // Ges. Ökol. 1986. Vol. IV. P. 203-210. 27. GöttlichK. Moor-und Torfkunde. Stuttgart, 1990. 28. Guggenberger G„ ChristensenB. Т., Zech W. Land-use effects on the composition of organic matter in particle-size separates of soil: I. Lignin and carbohydrate signature // Eur. J. Soil Sei. 1994. N 45. P. 449458. 29. Guggenberger G„ Zech W., Haumaier L.. Christensen В. Т. Land-use effects on the composition of organic matter in particle-size separates of soil: II. CPMAS and solution 13C NMR analysis // Eur. J. Soil Sei. 1995. N 46. P. 147-158. 30. IUSS Working Group WRB. World reference base for soil resources 2006 // World Soil Resources Rep. N 103. Rome, 2006. 31. Kaiser K, Eusterhues K., Rumpel C., Guggenberger G., Kögel-Knabner I. Stabilization of organic matter by soil minerals — investigations of density and particle-size fractions from two acid forest soils/7 J. Plant Nutr. Soil Sei. 2002. N 165. P. 451-459.
32. Kiem R., Kögel-Knabner I. Contribution of lignin and polysaccharides to the refractory carbon pool in C-depleted arable soils // Soil Biol. Biochem. 2003. N 35. P. 101-118.33. Leuschner H. H. Dichte-Fraktiomerung der Boden-Partikel aus in Ap-Horizonten von Sand-Böden Ostniedersachsens zur Charakterisierung des Acker-Humus II Ph. D. Thesis, Georg-August University Göttingen, Germany. 1983. 34. Leuschner H. H., Aldag R., Meyer B. Dichte-Fraktionierung in Ap-Horizonten von Sandböden mit unterschiedlicher Körnung und Nutzungs-Vorgeschichte II Mitteilgn. Dtsch. Bodenkundl. Gesellsch. 1981. N 32. P. 583-592. 35. Mückenhausen E. Die Bodenkunde. Frankfurt/Main, 1993. 36. PapeJ. C. Plaggensoils in the Netherlands// Geoderma. 1970. Vol. 4. C. 229-256.37. Räch J. Charakterisierung von Renaturierungsprozessen in Bruchwäldem — Ökologische Untersuchungen in zwei Landschaftsräumen Nordwestdeutschland II Ph. D. Thesis, University Oldenburg, Germany. 2000. 38. Scheffer S. Lehrbuch der Bodenkunde. Heidelberg; Berlin, 2002. 39. Schlichting E„ Blume H.-P., Stahr K. Bodenkundliches Praktikum. I'arays Studientexe. Vol. 81. Blackwell; Berlin, 1995. 40. SenesiN., D'Orazio V., Ricca G. Humic acids in the first generation of EUROSOILS 11 Geoderma. 2003. Vol. 116. P. 325-344. 41. Springob G., Brinkmanns., Engel N.. Kirchmann H., Böttcher J. Organic C levels of Ap horizons in North German Pleistocene sands as influenced by climate, texture, and history of land-use // J. Plant Nutr. Soil Sei. 2001. N 6. P. 681-690. 42. Spycher G., Sollins P., Rose S. Carbon and nitrogen in the light fraction of a forest soil: Vertical distribution and seasonal patterns// Soil Science. 1983. N 2. P. 79-87.43 .Stevenson F. J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. Wiley; New York, 1982. 44. Spycher G., Sollins P., Rose S. Carbon and nitrogen in the light fraction of a forest soil: Vertical distribution and seasonal patterns // Soil Science. 1983. N 2. P. 79-87. 45. Swift M. J., Heal O. W., Anderson J. M. Decomposition in terrestrial ecosystems. Berkeley (California), 1979.
CmambM npuunma k nenamu 17 demöpn 2007
