CC BY
7
УДК 631.445.4 Б01: 10.24412/1728-323Х-2024-4-22-25
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
Р. В. Кайгородов, кандидат биологических наук, доцент, младший научный сотрудник, Тобольская комплексная научная станция УрО РАН, [email protected], г. Тобольск, Россия
Аннотация. Агроэкологическое состояние почвенного покрова, в том числе способность выполнять биогеоценотические функции, существенным образом определяется агрохимическими свойствами почв и их биологической активностью. В нашей работе исследованы основные агрохимические свойства (содержание гумуса, актуальная и гидролитическая кислотность, гранулометрический состав и емкость катионного обмена) и их воздействие на показатели биологической активности почв южной части Тюменской области. В качестве объектов исследований послужили зональные типы почв — дерново-подзолистая, темно-серая и чернозем оподзоленный, интразональная почва — гумусово-квазиглеевая и азональная почва — аллювиальная гумусовая глееватая. Проведен анализ интегральных показателей биологической активности: активность каталазы и эмиссия СО2. Проведен корреляционный анализ между агрохимическими показателями и биологической активностью почв. Обеспеченность органическим веществом и гранулометрический состав почвы играют ведущую роль в функционировании биологической фазы.
Abstract. The agroecological state of the soil cover, including the ability to perform biogeocenotic functions, is significantly determined by the agro-chemical properties of soils and their biological activity. In the work, the main agrochemical properties (humus content, actaul and hydrolytic acidity, granu-lometric composition and cation exchange capacity) and their effect on the indicators of biological activity of soils in the southern part of the Tyumen Region was investigated. The objects of research were zonal soil types — sod-podzolic, dark-gray and podzolic chernozem, intrazonal soil — humus-quasi-clay and azonal soil — alluvial humus gumbo soil. The analysis of integral indicators of biological activity of catalase activity and CO2 emission is carried out. A correlation analysis of agrochemical indicators and biological activity of soils was carried out. The availability of organic matter and the granulometric composition of the soil play a leading role in the functioning of the biological phase.
Ключевые слова: агрохимические свойства, генетические горизонты, активность каталазы, эмиссия углекислого газа, агроэкологическое состояние.
Keywords: agrochemical properties, genetic horizons, catalase activity, carbon dioxide emission, agroecological condition.
Введение
Физико-химические свойства генетических горизонтов в разных типах почв существенно варьируют в зависимости от почвообразовательных процессов, протекающих в них и в связи с разными условиями почвообразования, включая положение в рельефе, тип растительности и почвообразовательной породы [1]. Таким образом, в отдельных типах и горизонтах почв складываются специфические условия для обитания и функционирования живых организмов. Динамика свойств почвы определяет вертикальное распределение организмов в наземных экосистемах. Разнообразие и активность почвенной биоты, в свою очередь, определяет характер круговорота веществ и почвенного покрова, выполнение его экологических функций и устойчивость экосистем в целом.
Масштабные исследования почвенного покрова природных зон Тюменской области обобщены в монографии Л. Н. Каретина «Почвы тюменской области» [2]. Разнообразие природных зон, геологических, геоморфологических, геоботанических и агроклиматических условий региона обуславливает сложную структуру почвенного покрова. К зональным типам почв южной части
Тюменской области относят дерново-подзолистые, серые и черноземы. В типе дерново-подзолистых наиболее распространены подтипы — типичные и со вторым гумусовым горизонтом. В типе серые лесные в регионе представлены подтипы светло-серые, серые и темно-серые и роды оподзоленные и осолоделые. Дерново-подзолистые и серые почвы наиболее характерны для подзоны южной тайги в пределах Тюменской области. В зоне лесостепи зональный тип черноземов представлен подтипами выщелоченных и оподзоленных. Важную роль в почвенном покрове региона играют интразональные типы, по площадям превосходящие даже зональные типы почв. Среди интразональных почв преобладают почвы гидроморфные и полугидроморфные с выраженными в профиле в разной степени глеевы-ми процессами. Во всех природных зонах области в почвенном покрове заметное место занимают аллювиальные почвы [2].
Цель исследования. Целью настоящего исследования являлась характеристика физико-химических свойств генетических горизонтов почв, наиболее характерных для центральной и южной части Тюменской области, и их влияние на интенсивность биологических процессов в профилях исследуемых почв.
Статья подготовлена при финансовой поддержке ФАНО России в рамках темы «Региональные особенности пространственно-временной дифференциации почв юга Тюменской области» (FUUM-2022-0005).
Объекты и методы исследования
В качестве объектов исследования использованы образцы почв, отобранные из генетических горизонтов почвенных разрезов, расположенных в разных типах рельефа в Вагайском, Тобольском и Ишимском районах Тюменской области. Для каждого типа почв на расстоянии 50—70 м друг от друга закладывали по три разреза в соответствующих элементах рельефа: высокие равнины — дерново-подзолистая, темно-серая, коренной склон (р. Ишим) — чернозем оподзоленный, надпойменные террасы — гумусово-квазиглеевая и в пойме р. Ишим — аллювиальная гумусовая глее-ватая почва. В центральной части генетических горизонтов отбирали по три образца на основной и двух боковых стенках разреза. Таким образом, повторность анализа физико-химических свойств и биологической активности была 9-кратной для каждого генетического горизонта. Места закладки разрезов находились на удаленных от населенных пунктов территориях, с отсутствием явных признаков антропогенного воздействия, в связи с этим исследованные участки можно рассматривать в качестве реперных (контрольных), типичных для южной части Тюменской области и использовать для дальнейшего мониторинга агро-экологического состояния почвенного покрова.
Полевую диагностику и таксономическую принадлежность исследуемых почв проводили согласно работе «Классификация и диагностика почв России, 2004» [3].
Гранулометрический состав образцов почвы определяли в полевых условиях органолепти-ческим мокрым способом, в лаборатории рассматривали долю физической глины (фракция гранулометрического состава диаметром менее 0,01 мм). Содержание гумуса определяли по методу И. В. Тюрина в модификации ЦИНАО. Показатели актуальной кислотности в водных суспензиях почвенных образцов определяли на ио-номере «Экотест-120». Анализ агрохимических свойств проводили по стандартным методам [4]. Каталазную активность измеряли газиметричес-ким методом В. Х. Хазиева [5]. Активность почвенного «дыхания» (эмиссию СО2) определяли по количеству углекислого газа, выделяемого из единицы объема почвы за единицу времени, абсорбционным методом И. Н. Шаркова [6].
Статистическую обработку данных проводили в программе «Past 3.16». Достоверность разли-
чий показателей агрохимических свойств и биологической активности в генетических горизонтах подтверждали по показателям наименьшей существенной разности при 5 % уровне значимости (НСР05). Различия показателей в профилях исследованных почв являются достоверными при условии превышения математической разности средних значений (й) показателя НСР, т. е. й > НСР05 [7].
Результаты и их обсуждение
Агрохимическая характеристика исследованных почв
Строение генетического профиля исследованных типов почв, данные по содержанию гумуса, значения актуальной кислотности (рНвод) и гидролитической кислотности, доля физической глины, уровень поглотительной способности, активность фермента каталазы и эмиссия углекислого газа представлены в таблице 1.
Биологическая активность определяется широким комплексом факторов: численность, разнообразие и активность почвенных организмов, главным образом микрофлоры, обеспеченность органическим веществом, уровень рН, ионно-со-левой баланс и др. [8].
Для оценки влияния отдельных агрохимических свойств на интенсивность биологических процессов в исследованных почвах был проведен корреляционный анализ по всей совокупности данных из каждого генетического горизонта (табл. 2).
По данным корреляционного анализа ведущим фактором биологической активности служит содержание органического вещества в почве. Среднюю корреляцию показатели биологической активности проявляли с гранулометрическим составом. Так, при повышении доли физической глины наблюдалось снижение активности каталазы и эмиссии углекислого газа, что связано, вероятно, с повышением плотности и изменением других физических свойств почвы. Положительная корреляция ниже среднего уровня установлена между показателями биологической активности с кислотностью и емкостью катионного обмена исследуемых почв.
Биологическая активность является интегральным показателем экологического состояния почв и позволяет оценивать обеспеченность почв по агрохимическим показателям, наличие и/или отсутствие антропогенной нагрузки [9]. Сравнительный анализ д анных по интенсивности биологических процессов в верхних органогенных горизонтах исследованных почв показал, что активность каталазы находилась в диапазоне от 7,8 до
Таблица 1
Агрохимические свойства и биологическая активность генетических горизонтов почв
Горизонт Мощность горизонта, см Содержание гумуса, % N = 9 Актуальная кислотность (рНвод) N = 9 Гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г N = 9 Физическая глина (фракции <0,01 мм), % N = 9 Емкость катионного обмена, мг-экв/100 г N = 9 Активность каталазы, мл О2/г мин N = 9 Эмиссия СО2, мкл СО2/дм3 час N = 9
Дерново-подзолистая типичная почва
AO 0—4/4 1,7 4,3 6,2 14,2 3,1 5,6 6,2
AY 4—17/13 2,4 4,8 5,8 26,4 8,9 7,8 9,1
EL 17—24/7 0,5 4,7 5,2 16,7 2,7 1,2 0,8
BEL 24—68/44 0,3 4,6 3,4 35,4 6,1 0,9 0,3
BT 68—91/23 0,2 4,5 2,5 36,2 7,2 — —
НСР05 0,3 0,4 1,3 5,2 2,2 1,4 2,1
Темно- серая почва
AU 0—14/14 9,4 5,6 7,25 17,3 37,3 11,2 15,6
AUe 14—23/9 1,7 5,8 6,13 27,1 28,7 3,7 2,5
BEL 23—54/21 0,3 5,3 2,10 33,8 21,3 1,1 0,9
BT 54—78/24 0,2 4,5 3,75 35,7 17,8 0,7 0,3
НСР05 1,1 0,5 0,6 5,7 2,3 2,8 1,7
Чернозем оподзоленный
AU 0—31/31 12,3 5,8 5,4 13,4 20,1 17,1 21,4
BI 31—65/34 9,4 5,7 3,1 15,2 3,2 13,2 17,3
BC 65—122/57 4,2 6,2 2,4 18,3 14,5 5,7 8,4
Cca 125—163/38 0,6 6,4 1,2 37,8 2,9 1,1 2,3
НСР05 2,1 0,7 0,6 3,7 2,3 1,9 0,8
Гумусово-квазиглеевая почва
AY 0—2/2 10,5 6,4 0,20 18,3 15,2 18,3 23,4
AUq 2—28/26 15,2 6,3 0,31 22,2 19,7 21,8 30,1
Q 28—42/14 0,6 6,5 0,16 37,1 4,2 2,0 2,8
CQ 42—72/30 0,2 6,7 0,11 78,2 3,9 0,9 1,4
НСР05 0,5 0,3 0,04 2,3 1,8 0,6 1,4
Аллювиальная гумусовая глееватая почва
AY 0—6/6 4,2 5,3 0,8 13,7 19,2 9,3 10,7
C ~ g 6—140/134 0,6 5,6 0,5 23,8 3,1 3,7 2,1
НСР05 0,8 0,5 0,2 2,7 3,2 2,1 1,8
Таблица 2
Коэффициенты корреляции между показателями агрохимических свойств и биологической активностью генетических горизонтов исследованных почв
21,8 мл О2/Г мин, что в 1,5—4 раза выше, чем установлено в наших ранних исследованиях в городских почвах (транспортная зона и жилая застройка) со значениями активности каталазы 5,2—6,8 мл О2/Г мин. Эмиссия углекислого газа в верхних слоях исследованных почв составила от 9,1 до 23,4 мкл СО2/дм3 час, в то время как в городских почвах данный ориентировочно составляет 6,5—8,4 мкл СО2/дм3 час [10].
Заключение
В результате наших исследований были получены данные по агрохимическому состоянию основных типов почв южной части Тюменской области, их взаимосвязь с биологической активностью. Результаты исследований могут использоваться для прогнозирования агроэкологическо-го состояния почвенного покрова в зависимости от агрохимических свойств генетических горизонтов.
Агрохимические свойства ^ = 19) Показатели биологической активности почвы
Активность каталазы (N = 19) Эмиссия CO2 (N = 19)
Содержание гумуса +0,96 +0,98
Актуальная кислот- +0,34 +0,38
ность
Гидролитическая кис- -0,02 -0,05
лотность
Доля физической глины -0,53 -0,49
Емкость катионного +0,38 +0,37
обмена
Библиографический список
1. Щеглов Д. И. Процессы почвообразования: учебное пособие / Воронежский государственный университет. — Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2016. — 58 с.
2. Каретин Л. Н. Почвы Тюменской области. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1990. — 286 с.
3. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М. И. Герасимова. — Смоленск: Ойкумена, 2004. — 342 с.
4. Агрофизические и агрохимические методы исследования почв: Учебно-методическое пособие / Сост. В. И. Терпе-лец, В. Н. Слюсарев. — Краснодар: КубГАУ, 2016. — 65 с.
5. Хазиев Ф. Х. Ферментативная активность почв. — М.: Наука, 1976. — 180 с.
6. Шарков И. Н. Определение интенсивности продуцирования почвой СО2 адсорбционным методом // Почвоведение. — № 7. — 1984. — С. 136—143.
7. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). — М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с.
8. Свиренске А. Микробиологические и биохимические показатели при оценке антропогенного воздействия на почвы // Почвоведение. — 2003. — № 2. — С. 202—210.
9. Каменщикова В. И., Еремченко О. З., Шестаков И. Е. Биохимическая активность почв г. Перми // Вестн. Перм. ун-та. Серия Биология. 2011. — Вып. 2. — С. 38—40.
10. Кайгородов Р. В., Попова Е. И. Хемоэкологические, физико-химические и биохимические свойства почв транспортной зоны урбанизированных экосистем // Вестник Пермского университета. Серия Биология. — № 3. — 2017. — С. 321—327.
AGROECOLOGICAL CHARACTERISTICS OF THE SOIL COVER OF THE SOUTH OF THE TYUMEN REGION
R. V. Kaygorodov, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Junior Researcher, Tobolsk Complex Scientific Station of the Ural Branch of the RAS, [email protected], Tobolsk, Russia
References
1. Shcheglov D. I. Processy pochvoobrazovaniya: uchebnoe posobie. [Soil formation processes]. Voronezhskij gosudarstvennyj universitet. Voronezh, Izdatel'skij dom VGU. 2016. 58 p. [in Russian].
2. Karetin L. N. Pochvy Tyumenskoj oblasti. [Soils of the Tyumen Region]. Novosibirsk, Nauka. Sib. otd-ine. 1990. 286 p. [In Russian].
3. Klassifikaciya i diagnostika pochv Rossii [Classification and diagnostics of soils of Russia]. L. L. Shilov, V. D. Tonkonogov, I. I. Lebedeva, M. I. Gerasimova. Smolensk, Ojkumena. 2004. 342 p. [in Russian].
4. Agrofizicheskie i agrohimicheskie metody issledovaniya pochv. [Agrophysical and agrochemical methods of soil research]. Uchebno-metodicheskoeposobie / sost. V. I. Terpelets, V. N. Slyusarev. Krasnodar, KubGAU. 2016. 65 p. [In Russian].
5. Khaziev F. H. Fermentativnaya aktivnost' pochv [Enzymatic activity of soils]. Moscow, Nauka. 1976. 180 p. [In Russian].
6. Sharkov I. N. Opredelenie intensivnosti producirovaniya pochvoj CO2 adsorbcionnym metodom [Determination of the intensity of CO2 production by the soil by the adsorption method]. Pochvovedenie. Vol. 7. 1984. P. 136—143 [In Russian].
7. Dospekhov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezultatov issledovanij). [Methodology of field experience (with the basics of statistical processing of research results)]. Moscow, Agropromizdat. 1985. 351 p. [In Russian].
8. Svirenske A. Mikrobiologicheskie i biohimicheskie pokazateli pri ocenke antropogennogo vozdejstviya na pochvy [Microbiological and biochemical parameters in the assessment of anthropogenic impact on soils]. Pochvovedenie. 2003. No. 2. P. 202—210 [In Russian].
9. Kamenshchikova V. I., Eremchenko O. Z., Shestakov I. E. Biohimicheskaya aktivnost' pochv goroda Permi [Biochemical activity of Perm city soils]. Vestn. Perm. un-ta. Ser. Biologiya. 2011. Vol. 2. P. 38—40 [In Russian].
10. Kaigorodov R. V., Popova E. I. Hemoekologicheskie, fiziko-himicheskie i biohimicheskie svojstva pochv transportnoj zony urbanizirovannyh ekosistem [Chemical-ecological, physical-chemical and biochemical properties of soils in the transport zone of urbanized ecosystems]. Vestnik Permskogo universiteta. Seriya Biologiya. Vol. 3. 2017. P. 321—327 [In Russian].
