CC BY
49
Саблина О.А.
Орский гуманитарно-технологический институт (филиал) ГОУ ОГУ
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТЕПНЫХ ПОЧВ ОРЕНБУРГСКОГО ЗАУРАЛЬЯ
Рассмотрены экологические аспекты функционирования пахотных почв Оренбургского Зауралья и их целинных аналогов в ряду черноземы обыкновенные - черноземы южные - темнокаштановые почвы. Показано, что ухудшение гумусного состояния почв под влиянием агроген-ных факторов связано с изменением флористических и геоботанических характеристик растительных сообществ, водно-физических и биологических свойств почв.
Ключевые слова: агрогенный фактор, дегумификация, темно-каштановые почвы, черноземы, экология гумусообразования.
Почва, являясь для человека основным средством сельскохозяйственного производства, выполняет в то же время незаменимые биосферные и биогеоценотические функции. Эффективное осуществление указанных функций определяется прежде всего экологическим состоянием почвы, обусловленным ее взаимодействием с климатическими, биоценотическими, топографическими, минералогическими и другими параметрами геосистемы. В последние десятилетия интенсивность антропогенных воздействий на педосферу значительно усилилась и порой превосходит влияние естественных факторов почвообразования. С этим связаны негативные тенденции изменения гумусного состояния почв, в первую очередь высокопродуктивных степных почв [1] . Многочисленные исследования генезиса и эволюции черноземов указывают на активные процессы их агрогенного преобразования. При распашке черноземов снижается их функциональная устойчивость и эффективность осуществления экосистемных функций [2].
В связи с этим представляется необходимым исследовать влияние сельскохозяйственного использования степных почв на спектр важнейших их параметров: морфологических, водно-физических, химических и биологических. Среди методов и подходов исследования агро-генной трансформации почв наиболее эффективен сравнительный анализ распаханных почв с их целинными аналогами.
Объектом исследования служили целинные и пахотные почвы Оренбургского Зауралья зональных подтипов (черноземы обыкновенные, черноземы южные, темно-каштановые почвы). На исследуемых участках закладывались полнопрофильные разрезы для изучения морфологических свойств почвы и отбора образцов, а также пробные площадки для флори-
стического и геоботанического исследования. Величина надземной биомассы определялась путем укоса растений на площади 1 м2, величина подземной биомассы оценивалась методом почвенных монолитов. Водопроницаемость почв определяли методом трубок, плотность сложения - путем отбора проб известного объема с помощью почвенных буров. Содержание гумуса в почве определяли по методу И.В. Тюрина в модификации Б.А. Никитина. Продукцию углекислого газа определяли послойно (0-10, 10-20, 20-30, 30-40 см) для навески почвы 100 г абсорбционным методом В.И. Штатнова, целлюлозолитическую активность - по убыли массы целлюлозной полоски в лабораторных условиях в течение 14 дней.
Агрогенная трансформация почв определяется в первую очередь изменением состава и структуры растительных сообществ: на участках пахотной почвы естественные фитоценозы заменены агроценозами с преобладанием зерновых культур. Это приводит к значительному сокращению проективного покрытия и биопродуктивности почв. Общие запасы фитомассы уменьшаются в ряду чернозем обыкновенный -чернозем южный - темно-каштановая почва. Сравнение запасов фитомассы на целинных и пахотных участках показывает, что они различаются в 7-9 раз. Содержание подземной биомассы на пашне по сравнению с целиной меньше в 9-12 раз. Различна также и структура распределения мортмассы. Индекс, показывающий отношение подземной биомассы к надземной, для всех подтипов целинных почв выше, чем для пахотных (табл. 1).
Изменяются при сельскохозяйственном использовании и водно-физические свойства почв (табл. 2). Это связано с интенсивной обработкой почвы, ее рыхлением, оборачиванием пласта, разрушением почвенной структуры.
Таблица 1. Биопродуктивность степных почв Оренбургского Зауралья
Показатель Чернозем обыкновенный Чернозем южный Темно-каштановая почва
Целина Пашня Целина Пашня Целина Пашня
Биомасса надземная, ц/га 95,9 11,54 36,91 17,25 50,82 8,8
Биомасса подземная, ц/га 186,27 18,72 232,54 19,31 183,34 19,22
биомасса подземная биомасса надземная 1,94 1,62 6,30 1,12 3,60 2,18
Общие запасы биомассы, ц/га 281,97 30,26 269,45 36,56 234,16 28,02
Продукция СО2, мг/кг час 7,70 3,02 5,97 5,22 4,03 4,56
Целлюлозолитическая активность, % от исходной массы 96,7 96,1 85,7 72,3 84,5 83,7
Таблица 2. Физико-химические показатели степных почв Оренбургского Зауралья
Почва Глубина, см Объемная масса, г/см3 Коэффициент впитывания, мм/мин Содержание гумуса, %
Чернозем обыкновенный Целина 0-10 0,99 5,86 6,12
10-20 1,03 6,57 6,09
20-30 1,06 6,13 4,58
30-40 1,07 1,80 3,14
Пашня 0-10 1,07 1,12 4,73
10-20 1,20 2,40 4,22
20-30 1,16 1,14 3,67
30-40 1,16 2,59 2,51
Чернозем южный Целина 0-10 0,95 4,65 4,96
10-20 1,04 8,21 4,14
20-30 1,10 1,53 2,67
30-40 1,14 2,50 2,63
Пашня 0-10 1,12 5,35 4,33
10-20 1,30 2,08 3,74
20-30 1,14 2,31 2,54
30-40 1,25 2,09 2,71
Темно-каштановая почва Целина 0-10 1,08 0,83 4,16
10-20 1,16 2,48 2,51
20-30 1,24 0,54 2,22
30-40 1,26 2,13 1,62
Пашня 0-10 1,00 1,22 3,92
10-20 1,22 0,34 2,24
20-30 1,24 2,02 2,26
30-40 1,23 2,24 1,61
Объемная масса в ряду зональных подтипов почв закономерно повышается в связи с уменьшением запасов гумуса и мортмассы, но при этом плотность сложения почвы на пашне превосходит таковую на целине. Для всех подтипов почв наблюдается скачкообразное повышение объемной массы пахотной почвы на 12-22% на глубине 10-20 см по сравнению с вышележащим слоем. По всей видимости, это объясняется залеганием на данной глубине плужной подошвы. Водопроницаемость верхних слоев почв при сельскохозяйственной обработке существенно меняется только на участке чернозема обыкновенного: для целинной почвы этого подтипа показатель коэффициента впитывания характеризуется как наилучший, а для пахотной - как
удовлетворительный. Минимальные коэффициенты фильтрации в пахотных черноземах обыкновенных (слой 20-30 см), южных (20-30 см) и темно-каштановых почвах (10-20 см) связаны с близким залеганием плужной подошвы.
Отчуждение органической массы пахотных почв и изменение их водно-физических свойств приводит к снижению биологической активности, что выражается в уменьшении продукции углекислого газа и скорости разложения целлюлозы (табл. 1). Продукция СО2 целинными черноземами выше, чем пахотными: для чернозема обыкновенного показатели составляют 7,70 и 3,02 мг/кг-час соответственно, для чернозема южного - 5,97 и 5,22 мг/кг-час. В случае с темно-каштановой почвой выявлена обратная
Саблина О.А.
Агроэкологические аспекты функционирования степных почв..
зависимость: пахотная почва имеет большую продукцию СО2 (4,03 мг/кг-час), чем целинная (4,56 мг/кг-час). Возможно, это объясняется тем, что верхний слой (0-10 см) пахотной темнокаштановой почвы более рыхлый и имеет меньшую плотность, чем целинной почвы (табл. 2). За счет этого происходит более интенсивный обмен почвенного и атмосферного воздуха и усиление разложения растительной мортмас-сы. Дыхание почв в верхнем (0-20 см) слое тесно коррелирует с содержанием подземной биомассы и максимально для целинных участков чернозема южного (7,90 мг/кг-час) и чернозема обыкновенного (7,70 мг/кг-час). Интенсивность разложения целлюлозы целинными почвами выше, чем пахотными почвами, но в целом незначительно, поэтому можно говорить лишь о тенденции снижения целлюлозолитической активности при сельскохозяйственном использовании почв.
Снижение поступления растительных остатков и биологической активности должно определенным образом сказываться и на гумус-ном состоянии пахотных почв. Важным диагностическим признаком почвы, отражающим ее агрогенную трансформацию, является такой морфологический параметр как мощность гумусового горизонта [3]. Анализ таблицы 3 показывает, что за период пахотного использования мощность горизонта А чернозема обыкновенного сократилась с 30 до 28 см (на 6,6%), чернозема южного - с 29 до 24% (на 17,2%), темнокаштановой почвы - с 18 до 16 см (на 11,1%). Изменение мощности гумусового горизонта, по всей видимости, связано именно с процессами дегумификации и с утратой почвами своей структуры, а не с перераспределением гумуса в нижние горизонты. Это подтверждается повышением границы горизонта АВ в пахотных почв всех подтипов на 2-3 см и данными по содержанию гумуса таблицы 2.
Для почв всех подтипов характерно снижение содержания гумуса с глубиной. По степени гумусированности целинные черноземы обыкновенные характеризуются как среднегумус-ные, черноземы южные и темно-каштановые почвы - как малогумусные, пахотные черноземы обыкновенные и южные - как малогумус-ные, пахотные темно-каштановые почвы - как слабогумусированные. Наибольшая степень дегумификации выявлена для черноземов обыкновенных, наименьшая - для темно-каштановых почв. Если принять содержание гумуса в целинных почвах за 100%, то потери органического вещества из горизонта А за период сельскохозяйственного использования составляют для черноземов обыкновенных 24,4%, для черноземов южных - 11,1%, темно-каштановых почв - 8,2%. Таким образом, шкала почв по степени дегумификации совпадает с рядом географической зональности.
Полученные данные соотносятся с ранее проводившимися исследованиями. А.А. Даниловой установлено, что в ряду почв «каштановые - черноземы южные - черноземы обыкновенные - черноземы выщелоченные - серые лесные - дерново-подзолистые» степень влияния сельскохозяйственной обработки на биологические свойства и гумусное состояние почв возрастает [4]. Авторами работы [5] на основании анализа более 126 статей и собственных исследований выявлена зависимость между климатическими особенностями региона и потерей органического вещества почвы при ее сельскохозяйственном использовании. Шкала восприимчивости почв к аг-рогенному воздействию представлена в виде: тропический влажный > тропический сухой > умеренный влажный > умеренный сухой. В то же время, скорость восстановления запасов органического вещества имеет обратную зависимость. Почвы более аридных областей
Таблица 3. Мощности генетических горизонтов почв Оренбургского Зауралья
Границы горизонтов, см
Горизонты Чернозем обыкновенный Чернозем южный Темно-каштановая почва
Целина Пашня Целина Пашня Целина Пашня
А0 / Апах 0-5 0-17 0-3 0-18 0-2 0-15
А 5-30 17-28 3-29 18-24 2-18 15-16
АВ 30-45 28-43 29-39 24-36 18-30 16-27
В 45-66 43-58 39-59 36-59 30-50 27-51
ВС 66-90 58-88 59-97 59-82 50-60 51-60
С 90 88 97 82 60 60
обладают меньшей степенью дегумификации и меньшим потенциалом восстановления общих запасов гумуса.
Таким образом, на динамику свойств пахотных почв Оренбургского Зауралья оказывает первостепенное влияние именно агрогенный фактор. Его действие проявляется в изменении
всех компонентов и характеристик почвы: морфологических, водно-физических, химических, биологических. Смена основных экологических параметров процесса гумусообразования вызывает ухудшение гумусного состояния почв и снижение эффективности выполнения ими биогео-ценотических функций.
Список использованной литературы:
1. Русанов, А.М. Перспективы сохранения и восстановления свойств и экологических функций почв сельскохозяйственного назначения [Текст] / А.М. Русанов // Экология. - 2003. - №1. - С. 12-17.
2. Девятова, Т.А. Агрогенная трансформация черноземов центра Русской равнины [Текст] // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2004. - №2. - С. 128-134.
3. Русанов А.М. Терминология и методология экологической оценки почв агроландшафтов [Текст] / А.М. Русанов // География и природные ресурсы. - 2006. - №3. - С. 131-137.
4. Данилова, А.А. Биологические свойства чернозема выщелоченного при многолетней минимизации механической обработки [Текст]: автореф. дисс...докт. биол.наук: 03.00.27 / Альбина Афанасьевна Данилова. - М., 2006. - 33 с.
5. Ogle, S.M. Agricultural management impacts on soil organic carbon storage under moist and dry climatic conditions of temperate and tropical regions [Text] / S.M. Ogle, FJ.Breidt, K.Paustian // Biogeochemistry. - 2005. - Volume 72. - №1. - Р. 87-121.
