CC BY
26
УДК 630.114(470.44)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЧЕРНОЗЕМОВ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
И.М. Яшин, д.б.н., С.Р. Рамазанов
РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, e-mail: ivan.yashin2012@gmail.com
Рассмотрены экологические риски и деградация черноземов одного из регионов Среднего Поволжья на примере лесостепных ландшафтов учхоза РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева «Мум-мовское» Саратовской области. Мониторинг экологического состояния аграрных, пойменных, степных и лесостепных ландшафтов в Аткарском районе проводится авторами с 2006 г. Изучены основные подтипы черноземов и солонцы автоморфные. Выявлены факторы, обусловливающие эволюцию черноземов на плакорах и надпойменных речных террасах: аридизация климата, засухи, пожары, образование «плужной подошвы» в пахотных горизонтах, использование «чистых» паров в севооборотах, вызывающих перегрев верхних горизонтов почв и восходящую миграцию водорастворимых солей и, как следствие, более быстрое осолонцевание и деградацию черноземов. Установлено, что на плакоре коренного берега и террасах реки Большой Колышлей отмечена массовая гибель фаций березы и в меньшей мере дуба особенно после катастрофической засухи и пожаров 2010 г. Выявлена динамика морфологии и химических свойств черноземов солонцеватых, развитых на засоленных породах с щебнем опок. В таких профилях четко выражен элювиальный белесый слой, который некоторые авторы ошибочно относили к подзолистому горизонту, а почвы - к черноземам оподзоленным. В фации дуба с не деградированными черноземами белесый горизонт отсутствует. Но корни древесных растений в основном расположены не в гумусово-аккумулятивном горизонте, который считается самым важным в экосистеме, а в палево-буром минеральном слое Bt, соприкасающемся с щебнем, дресвой опок и близко залегающей к поверхности засоленной породе.
Ключевые слова: лесостепные, степные и пойменные ландшафты, черноземы, эволюция, осолон-цевание, засоление, дегумификация, аридизация, засуха, пожары, сукцессии, экологические риски.
ECOLOGICAL ESTIMATION OF CHERNOZEM SOIL INTO FOREST-STEPPE ZONE IN MIDDLE POVOLZHIE
Dr. Sci. I.M. Yashin, S.R. Ramazanov
Russian Timiryazev State Agrarian University, e-mail: ivan.yashin2012@gmail.com
The ecological risks and degradation of chernozems of one of the Middle Volga region on the example of forest-steppe landscapes educational and experimental farm of Russian Timiryazev State Agrarian University «Mummovskoe» Saratov region. Monitoring of the ecological state of agrarian, floodplain, steppe and forest-steppe landscapes Atkarsk area held by the authors in 2006 studied the major subtypes of chernozem and solonetz automorphic. The factors that contribute to the evolution of chernozems on the watershed and floodplain river terraces: climate aridity, drought, fires, formation of a «plow pan» in the arable horizons, the use of «clean» vapor in crop rotations, causing overheating of the upper soil horizons and the upward migration of water-soluble salts and, consequently, more rapid degradation of chernozems and alkalinity. It was found that plakor native shores and river terraces Large Kolyshley observed mass death of birch facies, and to a lesser extent oak especially after the catastrophic drought and fires in 2010. The dynamics of the morphology and chemical properties solonetzic chernozems developed on saline rocks with gravel flasks. Such profiles clearly defined whitish eluvial layer, which some authors wrongly attributed to the podzolic horizon and soil - chernozems to podzolized. The oak facies with no degraded chernozems whitish horizon is missing. But the roots of woody plants are mostly located not in the humus-accumulative horizon, which is considered the most important in the ecosystem, and pale-brown mineral Bt layer, in contact with gravel, scree flask and close to the surface of the overlying saline rock.
Keywords: forest-steppe, steppe and flood plain landscapes, chernozem, evolution, alkalinity, salinity, dehumi-fication, aridization, draught, fires, succetion, elological risks.
Авторы выражают благодарность директору учхоза «Муммовское» Д.В. Ворникову за помощь при проведении полевых и стационарных наблюдений. Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ, а также Президента РФ 2014-2016 гг.
В 1957 г. И.С. Кауричев и Н.Н. Поддубный выявили тенденции ухудшения почвенного плодородия черноземов [1]. Однако экологические риски для лесостепной зоны РФ ими были охарактеризованы неполно, хотя эти вопросы весьма актуальны и важны, особенно в связи с глобальной аридизацией климата на земном шаре и очаговым опустыниванием степных ландшафтов Среднего Поволжья. Изнуряющие засухи и масштабные пожары 2010 и 2014 гг. способствовали гибели многих фаций березняков, ельников, лугового разнотравья на плакорах, в распадках и лесополосах, хотя генезис этого бедствия до конца неясен [2]. Дополнительную информацию о почвах дает агрохимическое обследование, но агрохимики уделяют внимание только верхним горизонтам почв. Поэтому они не могут объяснить происходящую деградацию черноземов и связанное с этим ухудшение качества поверхностных вод. Отдельные специалисты считают, что качество черноземов изменяется незначительно, а их плодородие можно будет поддерживать технологическими приемами. Тогда непонятно, почему Прикаспийские степи и ландшафты Заволжья, Калмыкии быстро деградируют, превращаясь в полупустыни?
Цель исследования - работа посвящена вопросам эволюции черноземов, в которой обобщены авторские экспериментальные данные, а также результаты стационарных и маршрутных наблюдений за 2006-2016 гг.
Объекты и методы исследований. Были изучены следующие фации: в пойме р. Большой Ко-лышлей, степная, лесостепная - опушка дубравы (на плакоре), фации полевых и сенокосных агро-ландшафтов - на надпойменных террасах реки, а также черноземы выщелоченные и обыкновенные, лугово-черноземные грунтово-глееватые почвы и солонцы. Использованы методы экологических исследований, которые изложены в работах [3-5].
Результаты и их обсуждение. В профилях подзолистых, дерново-подзолистых суглинистых почв и песчано-супесчаных подзолов присутствие белесых подзолистых горизонтов считается обязательным [1, 6, 7]. При изучении генезиса черноземов в ландшафтах учхоза еще в 1955-1957 гг. авторы [1] обратили внимание на наличие в профиле белесых горизонтов. И.С. Кауричев, в частности, считал, что так формируются черноземы оподзоленные. Н.И. Усов [8] также выделял при морфологическом описании черноземов белесый подзолистый горизонт (А2), хотя индекс «А» означает аккумуляцию веществ, а не их выщелачивание, поэтому подзолистый горизонт правильно обозначать индексом «Е» (пески и супеси) и «EL» (суглинки и глины). В генезисе почв с подзолистым горизонтом важную роль играют фульво- и органические кислоты [3, 7]. А как в черноземах? Лизиметрические наблюдения показали, что алифатические карбоновые кислоты в составе почвенных растворов при водной миграции
отсутствовали [4]. Катионы Са + и иные катионы-комплексообразователи усложняют структуру органических веществ, усредняют их кислотные свойства, уменьшают химическую и миграционную активность и способствуют формированию различных классов солей - гетерополярных, комплексных, хелатных и иных. Гетерополярные соли органических кислот с ионами металлов при миграции разрушаются (катионы сорбируются), а органические кислоты могут участвовать в кислотном гидролизе минералов и коллоидов. Комплексные соли более устойчивые - они не разрушаются при миграции через почвенно-геохимические барьеры, достигая базисов эрозии с водоемами [7, 9]. Стационарные опыты на черноземах (без засоленных пород в фации дубово-березовой лесополосы Тамбовской области) показали [10], что в водо-ацетоновый элюат с угля (после извлечения колонок из почвы) десорби-ровались только полифенолы и уроновые кислоты -неспецифические органические вещества. Их концентрация составляла из гор. А0 - 55,3 мг/л по Сорг.. Концентрация фульвокислот (ФК) - специфических органических веществ - была меньше - 44,2 мг/л по Сорг.. Масштаб миграции водорастворимых органических веществ (ВОВ) из опада оказался низкий -1,3 г/м2 за осенне-весенний период. Мобилизация и водная миграция ВОВ в почве западинки оказалась больше в несколько раз: при избытке влаги из растительных остатков компоненты ВОВ мобилизуются очень активно. Горизонт А1 чернозема выщелоченного оказался эффективным органоминеральным барьером миграции, поскольку ВОВ, выщелачиваемые из опада и подстилки дубово-березовой лесополосы, сорбируются минералами и гумусом. За пределы 30 см гор. А] выщелачивается 0,61 г/м2 Сорг. (около 50% их массы, мобилизованной из лесной подстилки), а это весьма небольшое количество ВОВ, чтобы участвовать в кислотном гидролизе почвенных минералов. ВОВ частично обновляют структуры гумусовых веществ (4-8%) и повышают микробиологическую активность почв [5].
При близком залегании засоленных пород ситуация складывается иная. Так, в лесостепных экосистемах (50-70-летние дубравы, березняки) Аткар-ского района Саратовской области на плакоре коренного берега реки Большой Колышлей с 2010 г. отмечается их массовое усыхание и повреждение болезнями и вредителями. Причина подобного бедствия пока не выяснена и не только в России. Правительство Германии, например, выделяет большие средства, чтобы установить массовую гибель деревьев в стране. Сначала считали, что она связана с «кислотными дождями». Но оказалось, что это не так: сейчас изучают почвенно-климатические аспекты. В условиях Среднего Поволжья, на наш взгляд, начальная стадия гибели древостоя (при деградации черноземов) обусловлена восходящими потоками солей из засоленных пород (глубина их
залегания здесь варьирует от 64 до 82 см). Затем в горизонтах А1 черноземов вследствие обменных реакций катионов Са2+ на №+ формируются гуматы и фульваты натрия, экологические функции которых пока в полной мере не исследованы, но они явно негативны для деревьев, поскольку крупные корни залегают не в «плодородном» горизонте А1, а в иллювиальном (нижнем) - «В». Ослабленные деревья из-за дефицита влаги и щелочной реакции легче повреждаются вредителями и болезнями. В гибели древесных фаций не исключена аллелопа-тическая роль ВОВ, выделяемых микроорганизмами, лишайниками, а также сообществами степных трав, адаптированных к аридным условиям и сформировавших везде плотный покров, в том числе и под деревьями. Листового древесного опада стало очень мало, а мобилизуемые из него ВОВ слабо влияют на степные травы (создавшие плотную дернину, как войлок), чтобы с ними конкурировать за воду и элементы питания. Гумусовые вещества (ГВ) горизонтов А1 черноземов, которые сформировались очень давно (сотни и тысячи лет тому назад), в экологически иных условиях, в настоящее время трансформируются и выполняют уже иные экологические функции. Здесь необходимы новые почвенно-экологические изыскания: причем следует учесть и газовую фазу экосистем, задымление воздуха c участием диоксинов и «кислотных дождей».
Вернемся к генезису формирования белесых слоев в черноземах Среднего Поволжья. Накопленные сведения позволяют констатировать: кроме кислотообразования, вызывающего трансформацию веществ и их миграцию, в черноземах лесостепи существуют и другие движущие силы. Наряду с внутренними факторами миграции, следует рассмотреть внешние экологические процессы [7]. Специалисты отмечают, что при аридизации климата и очаговом опустынивании экосистем [11, 12] ярко выражена восходящая миграция солей Na2SO4, MgSO4 (пленочно-капиллярное подтягивание солей вследствие гидротермического и концентрационного градиентов наряду с их биогенным накоплением в биомассе растений из засоленных пород). Затем происходит превращение оксидов CaO золы
растений после пожаров в период дождей в щелочи, и развитие солонцового процесса [6, 8, 13]. Эти условия неблагоприятны для кислотообразования: органические кислоты и полифенолы, мобилизуемые в раствор из лесных подстилок и опада, корневых выделений, быстро нейтрализуются катионами натрия и кальция. При этом доступные (водорастворимые) формы органических веществ утилизируются микроорганизмами, а ионы №+ накапливаются. Не исключено, что современные почвенно-экологические условия Среднего Поволжья (на плакорах речных долин) стали благоприятными не только для осолонцевания черноземов, но и для реализации процесса солодеобразования, на что
указывает оторфованная лесная подстилка, белесые горизонты (следствие элювиально-глеевого процесса) и щелочная реакция среды. Солоди как своеобразный тип почв широко распространены в Западной Сибири, в «березовых колках».
Напомним, что в составе солей водных вытяжек (при континентальном засолении почв и грунтов) преобладают сульфаты, а хлориды щелочных и щелочноземельных оснований доминируют при приморском типе засоления [11, 13, 14]. При изучении морфологии почв четко заметен процесс деградации почвенных минералов иллювиального горизонта. Минералы иллювиального горизонта, поглощая катионы №+ при восходящей миграции солей, защищают некоторое время от деградации вещества гор. А1. Но со временем горизонт «В^> трансформируется. В дубовой фации иллювиальный горизонт чернозема пока не нарушен. Здесь отмечено много крупных корней, а в гумусовом горизонте их почти нет. Причем с иллювиальным горизонтом контактирует засоленная песчаная порода, содержащая щебень опок. После цикла деградации и выщелачивания продуктов щелочного гидролиза почвенных минералов горизонта «В^>, на их месте накапливается белесый песок.
Подобные слои были отмечены нами летом 2016 г. под мощным гумусовым горизонтам в фации погибших берез. Гибель деревьев не связана с достижением березовой экосистемой стационарного состояния, за которым следует естественная стадия деградации. При почвенном картировании такие белесые горизонты служат «маркерами» современной деградации черноземов в солонцы черноземные, а затем в непочвенные образования и пески (пески закрепленные и не закрепленные). Данный вопрос рассматривался еще в 1979-1980 гг., когда один из авторов работал в почвенно-экологической экспедиции в Ливии [11]. Уже тогда обсуждались причины формирования песчаных субстратов, песчаных пустынь, а также скорость опустынивания экосистем, в частности, в Африканской Сахаре и в иных регионах. В то время не было найдено ответа на данный вопрос. Накопленные фактические данные позволяют предположить, что песчаные пустыни Земли в прежние эпохи были плодородными почвами и экосистемами в Средней Азии, Аравии и в Сахаре. Постепенная аккумуляция солей (как и близко залегающих к поверхности засоленных пород, минерализованных грунтовых вод) привели к деградации почв и отложению песчаных слоев. В 1970-х годах прошлого столетия вторичное засоление привело (при неудачных мелиоративных промывках почв от солей) к деградации плодородных аллювиальных почв в Междуречье (Ирак). При этом важную роль при рассолении почв играют процессы миграции продуктов почвообразования до грунтовых вод. В этой связи нами и проводятся лизиметрические полевые опыты с использованием
специальных колонок с чистыми сорбентами -«сорбционные ловушки» [3, 4]. Эффективность их функционирования в почвах зависит от того, где, когда и как заложить сорбционные лизиметры? В известной мере, такие исследования, как и метод хроматографии - это искусство.
Вернемся к проблеме кислотности черноземов. Экспериментальный материал [3, 4, 6, 7] позволяет отметить, что наряду с активным подщелачиванием верхних горизонтов черноземов (Апах. и А]) возможно их и локальное подкисление. Вот как, по-видимому, происходят такие реакции с участием солей в черноземах. Так или иначе, роль водорастворимых солей (№^04, К2Б04, MgSO4) в подкислении черноземов связана с соединениями железа. Реакции протекают по стадиям. На 1 -м этапе красноватые и плотные корки оксидов железа трансформируются в желтые гидрозоли гидроксидов Бе по схеме:
Бе20з + ЗН2О ^ 2Ре(0И)з| (1)
Гидрозоли Бе(0Н)3| термодинамически неустойчивые и быстро осаждаются на частицах песка и минералов в форме гидрогелей гидроксида железа. Затем при восходящей миграции водорастворимых солей протекает следующая реакция с образованием гидроксида натрия:
Бе(0Н)з| + Na2S04 ^ Fe2(S04)з + №0Н (2) Сульфат железа - это соль слабого основания и очень сильной кислоты. При ее взаимодействии с водой (в период дождей) наблюдается образование молекул серной кислоты, которая локально и подкисляет чернозем:
Бе2^04)з + 6Н2О ^ 2Fe(OH)з| + 3H2S04 (3) Реакция (3) направлена в сторону формирования труднорастворимого осадка Бе(0Н)3|. Сульфаты щелочных и щелочноземельных оснований при взаимодействии с водорастворимыми органическими веществами (ВОВ) и фульвокислотами трансформируются в сульфиды по схеме (без катионов), а компоненты ВОВ биодеградируют суль-фатредуцирующими микроорганизмами:
-S042- + ВОВ ^ H2St + С02Т + Н20 (4) Реакция (4) сопровождается биодеградацией ВОВ при участии сульфатредуцирующих бактерий нередко при дефиците О2. Следовательно, реакции (2) и (3) протекают параллельно, но при реализации реакции 3 нужна вода. №0Н, поглощая молекулы C02t, превращается в соду. Ее и обнаруживают в составе солей в водной вытяжке. Такие газы, как метан и диоксид углерода образуются при биодеградации органических кислот, которые с участием плесневых грибов, активно мобилизуются в раствор из опада и лесных подстилок [3, 5, 15]. СН3СООН ^ СН4 + СО2 (5)
Таким образом, в эмиссии и сорбции газов почвами непосредственное участие принимают ВОВ, мобилизуемые из растительных остатков и корневых выделений. Вернемся к сероводороду, поскольку это химическое соединение в почвах играет своеобразную
роль, так как может быть и жидкостью, и газом, который ядовит и выполняет аллелопатические функции на барьерах миграции, как и ВОВ. Н^ - кислота двухосновная, но слабая. При взаимодействии данной кислоты в водном растворе с активными формами гидрозолей гидроксида железа происходит формирование сульфидов железа почти черного цвета: H2St + Fe(OH)2+ ^ FeS| + 2^0 (6)
Поэтому верхние горизонты почв (не только черноземов), испытывающие временное сезонное переувлажнение, нередко окрашены в серый цвет, а не только из-за присутствия гумусовых веществ и железо-органических комплексных соединений.
На основании реакций 2 и 3 следует, что под-кисление гор. Апах. и А1 черноземов возможно, но имеет локальный пространственно-временной характер. Подщелачивание почв при эволюции черноземов одна из важных биогеохимических особенностей их деградации. Черноземы выщелоченные (не «обыкновенные») трансформируются в черноземы солонцеватые, а они - в солонцы черноземные. Последние имеют весьма негативные свойства, например, низкую порозность, слитость, а также сильнощелочную реакцию (табл. 1 и 2). Указанные выше реакции подтверждают положения, что почвы и экосистемы служат мощными источниками разных газов. При переувлажнении почв происходит эмиссия метана, этана, сероводорода. В условиях аэрации трансформация ВОВ происходит глубоко в направлении формирования конечных продуктов окисления - воды, С0^и минеральных солей. Но, на наш взгляд, процессы эмиссии тесно сопряжены с сорбцией газов органическими веществами, минералами и микроорганизмами [4, 16]. При исследовании эмиссии газов в экосистеме нужно искать точки, характеризующие квази стационарные состояния сорбции-десорбции конкретного газа почвой, биотой (и ВОВ) с обоснованием механизма реакций. В этой связи обязательно следует оценивать гибель древостоя из-за периодического задымления воздуха и формирования «кислотных дождей». Последние вызывают нарушение фотосинтеза (разрушение хлорофилла, особенно анионы - S032-). Биохимические реакции дыхания также изменяются. Дымка, отмеченная нами в середине мая 2016 г., заметно усилилась к концу июля, видимость составляла примерно 1,5 км, а смог был устойчивый и после повторяющихся июльских ливней: значит источник газов в Поволжье мощный и стабильный, идущий по долине реки Волга из Астрахани, Средней Азии и Западной Сибири. Жаркая погода и влажность воздуха очень благоприятны для трансформации частиц дыма в новые токсичные соединения для растений и людей. Такая экологическая ситуация требует изучения.
На фоне масштабной деградации черноземов отмечается ухудшение качества поверхностных вод и их загрязнение мигрируемыми соединениями же-
леза и кальция. В этой связи нами был изучен биогеохимический состав поверхностных вод реки Большой Колышлей, отобранных 16.05.2016 г. Установлены следующие концентрации химических соединений (мг/л): водорастворимые формы соединений железа - 0,4±0,1 (ПДК по Fe3+ составляет 0,3 мг/л); NOз- - 0,84±0,2; Ш4+ - 0,47±0,1; Са2+ - 107±16; сухой остаток - 559±50; рН -6,9±0,2. Показатели биологического потребления кислорода (БПК) и химического потребления кислорода (ХПК, хотя в действительности - это не потребление кислорода, а окислительно-восстановительная реакция, при которой углерод органических веществ С0орг. - 4е- ^ С4+(СО2) и хрома «хромпика» - Сг6+ + 3е- ^ Сг3+) оказались соответственно равными 8,4±1,1и 28,8±6,9. БПК и ХПК подтверждают слабое загрязнение вод реки органическими веществами нативного генезиса. Высокая концентрация катионов Са2+ в местном базисе эрозии (речной воде) указывает на интенсивное выщелачивание из почв этого элемента, вероятно, при десорбции кальций-ионов катионами натрия. Это косвенное подтверждение деградации черноземов. Нами был изучен также состав верховодки в притеррасной части поймы реки и грунтовые воды лугово-черноземной грунтово-глееватой почвы. Установлены следующие особенности данного гидрохимического профиля природных вод поймы реки Б. Колышлей в конце весны (мг/л): - верховодка в притеррасной части поймы (на
поверхности воды заметна радужная пленка) - сухой остаток - 309±28; рН - 7,2; Fe3+ - 5,5±1,4; Са2+ - 50,1±5,5; NH4+ - 1,02±0,2; БПК и ХПК соответственно - 22,0±0,9 и 59,0±14.
- грунтовые воды лугово-черноземной легкосуглинистой почвы (сухой остаток) 269±24; рН -6,6±0,2; Fe3+ - 2,4±0,6; Са2+ - 44,6±4,9; NH4+ -0,49±0,1; NOз- - 0,11±0,02; БПК и ХПК соответственно - 26,4±3,4 и 84,8±8,5 - это среднее загрязнение органическими веществами.
Глобальное потепление климата способствует инверсии фаций и урочищ в Среднем Поволжье. Степные фации замещают лесостепные на плакорах речных долин бассейна реки Медведица и путем пожаров.
Выводы. 1. Изучены морфология и экологические особенности разных подтипов черноземов в пределах почвенно-экологических катен и некоторых типов фаций учхоза «Муммовское» (степь, пашня, сенокос, лесополоса, опушка дубравы): обыкновенных, выщелоченных и солонцеватых, а также солонцов черноземных. На речных террасах профили почв имеют супесчаный и легкосуглинистый гранулометрический состав. 2. Для возделываемых культур наиболее благоприятны выщелоченные черноземы с повышенным содержанием доступных форм фосфатов, калия и гумуса. В обыкновенных черноземах лимитирующим экологическим фактором является близкое залегание карбонатно-кальциевого
1. Химические свойства черноземов учхоза РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева
№ разреза, угодье, местоположение Индекс горизонта Глубина отбора образца, см ЕС, элек-гропро-провод., мСм/м рНн2о (1:5) рНн2о (1:2,5) Метод Чири-кова, мг/кг - Ш3ТОС>Ш4 Метод Мачигина, мг/кг вытяжка (МН4)2СС3 Сорг., % Нг Са2+ Mg2+
P К+ Н2РО4- (с окислением ГС) Н2РО4- (без окисления ГС) К+
мг-экв/100 г
Солонец черноземный глубоко столбчатый среднесуглинистый на засоленных породах с щебнем опок
5я целина -степь -(плакор) А1 15-25 0,72 8,9 8,0 66 26 88 61 356 2,4 0,4 28,7 4,8 1,2
В^аЛа 39-49 0,89 9,2 8,7 80 0 128 13 215 0,7 0,3 44,7 6,7 5,4
В2 Cа,Na 67-77 0,80 9,3 8,8 88 0 22 17 174 0,2 0,2 33,4 7,9 6,2
В3 Cа,sl 110-120 0,88 9,3 8,7 88 0 28 11 192 0,3 0,2 28,8 2,5 7,4
145-155 1,00 9,4 8,8 91 0 4 1 297 0,4 0,2 35,9 4,4 9,1
Dsl 210-220 0,94 9,6 9,3 50 0 22 3 185 0,1 0,2 13,2 1,8 14,5
Чернозем выщелоченный легкосуглинистый на опоках и засоленных породах
18я опушка дубравы - (плакор) А1 3-11 Не опр. 6,1 5,6 47 30 232 29 143 3,9-4,1 5,6 16,3 4,9 0,7
А1 14-24 Не опр. 6,4 6,1 45 0 148 26 134 3,3-4,5 3,6 21,5 5,1 0,5
АВ 37-47 Не опр. 6,8 6,4 48 1 47 19 147 1,8 2,1 23,8 3,9 0,6
В1 59-69 Не опр. 7,4 6,9 43 35 15 2 236 0,5 1,6 21,5 4,2 0,9
В2 85-95 Не опр. 6,9 6,5 41 11 16 8 279 0,4 1,2 37,4 5,8 0,6
Г 118-128 0,73 8,6 8,1 54 35 24 11 237 0,7 0,4 41,1 3,7 11,4
Чернозем обыкновенный легкосуглинистый на лессовидных карбонатных суглинках
19я залежь (плакор) А1 5-15 Не опр. 7,4 6,9 50 0 120 5 162 3,4-4,0 4,4 32,6 5,9 0,4
АВsol 25-35 Не опр. 7,3 6,8 46 3 80 14 202 2,0 3,3 27,2 3,4 1,4
В 38-48 Не опр. 6,5 6,0 44 2 36 2 215 0,9 2,7 31,3 5.4 2,6
В2sol 100-110 Не опр. 8,0 7,7 47 0 22 6 86 0,2 0,9 34,7 4,3 3,2
В3^ 134-144 Не опр. 8,1 7,6 37 0 34 6 58 0,3 0,7 23,6 3,2 3,8
2. Химические свойства черноземов учхоза РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева
№ разреза, угодье, местоположение Индекс горизонта Глубина отбора образца, см рНн2о (!:5) рНн2о (!:2,5) Метод Чири-кова, мг/кг - СН3СООМН4 Метод Мачигина, мг/кг вытяжка (ЫН4)2СО3 С % Нг Са м§2+
Н2РО4 (с окислением ГС) Н2РО4- (без окисления ГС) К+ мг-экв/100 г
р К+
Лугово-черноземная легкосуглинистая грунтово-глееватая на аллювиальных отложениях (с 92 см - вода)
1я - пастбище -(пойма р. Б. Колышлей) А, 2-12 5,7 5,4 2! 93 75 54 ш 3Д 7,8 8,7 2,3 0,1
А', 12-20 6,3 6,0 33 162 Ш 47 ш 2,5 2,8 7,4 3,8 0,1
А'', 20-30 6,5 6,1 20 219 234 34 118 1,6 2,2 33,4 7,9 0,2
А''', 60-70 6,0 5,4 23 107 2,2 29 144 3,7 6,5 8,8 2,9 0,1
Чернозем солонцеватый легкосуглинистый на засоленных породах с щебнем опок
2я - опушка дубравы -(плакор) А, 7-17 6,9 6,7 О 238 П6 42 Ш 3,4-3,7 и 16,3 3,3 0,1
А, 20-30 6,8 6,5 32 98 П5 36 119 3,0-3,2 и 19,5 2,2 0,4
В 45-55 7,6 7,4 11 П6 24, 19 136 0,4 0,4 13,8 3,9 0,3
с Сса^1 70-80 8,4 7,8 9 80 37 13 48 0,3 0Д мд 7,6 4,6
Лугово-черноземная легкосуглинистая грунтово-глееватая на лессовидных суглинках, подстилаемых засоленными породами
3я - луг (низкая терраса р. Ершовка) А, 5-15 6,2 6,0 89 672 П4 69 Ш 4,7-4,9 4,8 6,6 2,5 0,1
А', 30-40 6,4 6,1 П4 Ю24 80 14 202 2,6 3,, 7,2 2,7 0,2
А'', 55-65 8Д 8,0 240 7П 3П 174 343 2,7 0,5 7,3 5.4 2,4
А''', 70-80 8Д 8,0 297 602 3М 183 432 2,2 0,3 4,7 7Д 3Д
98-108 8,4 7,9 106 358 378 87 ,65 0Д 0,1 3,6 7,6 5,7
Освоенная лугово-черноземная легкосуглинистая грунтово-глееватая на лессовидных карбонатных суглинках, подстилаемых засоленными породами
4я - пашня -(низкая терраса р. Ершовка) А лпах 0^6 6,4 6,2 73 570 214 97 234 2,6 3,2 5,4 3,1 0Д
л ИЛ А, 22-32 6,8 6,4 58 446 257 78 167 3,0 3,4 6,1 4,8 0,2
А''', 55-65 7,0 6,8 59 626 272 83 245 2,6 1,8 5,6 6,2 0,3
г Ю4-И4 8,6 8,2 25 404 341 44 312 0,2 0,2 4,9 5,8 8,7
3. Валовое содержание тяжелых мет черноземов учхоза РГАУ-МСХА им. К.А (образцы отоб аллов и микроэлементов (мг/кг) в горизонтах . Тимирязева «Муммовское» Саратовской области раны летом - 12.06.2013)
Индекс горизонта Глубина отбора образцов, см еа РЬ Zn ей N1
Р. 15. Черноземоподобная почва; полынно-типчаковая степь у карьера (рис. 6)
Ах 5-15 0,3 4,0 9,8 4,2 И,4
АВ 29-39 0,6 2,4 4,0 2,1 0,5
Е (элюв.) 39-49 0,2 3,9 20,9 8,0
В, 49-59 0,1 5Д ,5,5 5,2 9,6
Р. 36я. Чернозем выщелоченный (опытное поле учхоза; подсолнечник)
А Апах 0-9 0,2 П,2 25,4 ,5,3 25Д
Ах 15-25 0,1 МД 23,4 М,6 22,5
АВ 48-58 0,1 9Д ,8,0 ,6,0 2^3
Вса 76-86 0,2 8,9 20,8 11,1 ,9,5
Р. 37я. Чернозем деградированный; выбитое пастбище у карье ра (рис. 6)
Ах 7-17 0,3 5,2 2^8 ^Д 2^2
АВ 36-46 0,1 5,1 ^Д 9,6 ,4,6
Вса 55-65 0,2 М,5 ,6,8 6,6 20,0
Вса 65-75 0,1 М,9 2^0 7,9 ,5,3
ВСса 90-100 0,1 9,6 ,3,8 5,6 ,8,9
Зола растений, использованная в опыте (рНН2О = !0,9)
— -- 0,3 ^Д 74,0 ,6,5 ,5,0
Засоленная порода с глубины 254 см на 1-й надпойменной те ррасе реки
254 0,2 2,5 3,4 4,5 3,8
Слой Ге2О3 34,7 44,2 ,8,7 23,8
Вода из реки Б. Колышлей 0,07 0,4 0,8 1,3 0,9
почвенно-геохимического барьера миграции и связанное с этим низкое содержание фосфора. В луго-во-черноземных почвах пойменных ландшафтов (огороды, сенокосы и пастбища) лимитирующим экологическим фактором служит близкое залегание к поверхности грунтовых вод (1,5м). 3. Для агро-
ландшафтов учхоза «Муммовское» выявлены следующие экологические риски: частые засухи и пожары, восходящие пленочно-капиллярные потоки солей, которые дополняются нисходящими потоками натриевых солей и гумусовых соединений после пожаров (а в аграрных экосистемах — после сжигания стерни) и ливневых дождей. 4. Очень неблагоприятным по экологическим рискам служит слой «плужной подошвы», образующийся в черноземах при обработке почв тяжелыми сельскохозяйственными орудиями. Здесь наблюдается слитизация, избыточное переуплотнение, дефицит кислорода и сезонное оглеение почвенной массы. Известно, что плесневые грибы продуцируют органические кислоты, антибиотики и микотоксины, усиливая почвоутомление. Органические кислоты вызывают кислотный гидролиз ГВ. Кроме того, микотоксины могут попадать в сенаж и корма, вызывая гибель скота. 5. С целью стабилизации почвенного плодородия и улучшения биологической активности черноземов следует заметно расширить площади под многолетними травами и сидератами (горчица, сурепка). 6. Природные воды реки Большой Колышлей и ее притоков заметно обогащены соединениями железа вследствие глубокой трансформации молекулярных структур гумусовых веществ черноземов на надпойменных террасах при отсутствии здесь карбонатно-кальциевого барьера миграции для соединений Fe. 7. При осолонцевании выщелоченных черноземов, после формирования мигрантов (гуматов и фульватов натрия), следующей стадией трансформации продуктов дегумификации — после длительных засух, пожаров и осолонцевания почв — является биодеградация молекулярных структур гуматов и фульватов натрия с высвобождением железо-органических комплексных соединений, которые и видны в форме хроматограмм при их нисходящей миграции. Соединения Fe служат активными барьерами миграции для ТМ и некоторых микроэлементов в деградируемых черноземах. 8. Черноземы учхоза РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева «Муммовское» не следует оставлять под «чистыми парами» из-за в озможного перегрева поверхности по чвы в период засух и активизации процесса засоления верхнего гумусового горизонта и последующей деградации системты гумусовых веществ.
Литература
1. Кауричев И.С., Поддубный Н.Н. Почвы учебного хозяйства «Муммовское» и их агрономическая характеристика // Известия ТСХА, 1957, Вып. 2. - С. 141-155.
2. Яшин И.М. Водорастворимые органические вещества почвы - их состав и миграция: автореф. дисс. к.б.н. - М.: ТСХА, 1974. - 17 с.
3. Карпухин А.И., Яшин И.М., Черников В.В. Формирование и миграция комплексов водорастворимых органических веществ с ионами тяжелых металлов // Известия ТСХА, 1993, Вып. 2. - С. 107-126.
4. Кауричев И.С., Яшин И.М., Черников В.А. Теория и практика метода сорбционных лизиметров в экологических исследованиях. - М.: МСХА, 1996. - 143 с.
5. Яшин И.М., Шишов Л.Л., Раскатов В.А. Почвенно-экологические исследования в ландшафтах. Учебное пособие с грифом Минсельхоза РФ. - М.: МСХА, 2000. - 560 с.
6. Панов Н.П., Рыбакова Б.А., Шафирян Е.М., Гончарова Н.А. Использование активированного угля при определении Fe, AL, Si, связанных с гумусовыми веществами, в солонцовых почвах // Известия ТСХА, 1984, Вып. 2. - С. 75-79.
7. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование. - Л.: Наука, 1980. - 222 с.
8. Усов Н.И. Почвы Саратовской области. Ч. 1 (Правобережье); 288 с.; Ч. 2 (Заволжье). ОГИЗ. Саратовское областное отделение, 1948. - 362 с.
9. Яшин И.М, Кашанский А.Д. Ландшафтно-геохимическая диагностика и генезис почв Европейского Севера России. Монография. - М.: РГАУ-МСХА, 2015. - 202 с.
10. Надежкин С.М. Органическое вещество почв лесостепи Приволжской возвышенности и пути его регулирования. - М.Пенза, 1999. - 239 с.
11. Шишов Л.Л., Яшин И.М. и др. Опустынивание и особенности процессов почвообразования в Средиземноморской зоне Ливии // Известия ТСХА, 1988, Вып. 6. - С. 95-106.
12. Яшин И.М., Шишов Л.Л., Аль-Аамри Мохсин Особенности генезиса и функции кор в ландшафтах Средиземноморской зоны Африки и Южной Аравии // В Сб. «Проблемы почвоведения» (к 75-летию Почвенного института имени В.В. Докучаева РАСХН). Ред. Л.Л. Шишов. - М.: РАСХН, 2002. - С. 43-61.
13. Шишов Л.Л., Яшин И.М. и др. Коры - своеобразные почвы аридных субтропиков Ливии // Проблемы освоения пустынь, Ашхабад, Туркм. АН, 1986, № 4. - С. 41-47.
14. Яшин И.М., Аль-Аамри Мохсин Особенности тропических аридных почв и ландшафтов провинции Дофар Султаната Оман // Известия ТСХА, 2001. Вып. 3. - С. 77-93.
15. Яшин И.М. Мониторинг процессов миграции и трансформации веществ в почвах. - М.: РГАУ-МСХА, 2013. - 183 с.
16. Рачинский В.В., Пельтцер А.С., Хегай Т.А. Необратимая сорбция СО2 неорганическими и органическими веществами // Тезисы докладов 4-й Всесоюзной научной конференции «Ионный обмен и хроматография». - Воронеж, 1976. - С. 255-256.
17. Шишов Л.Л., Яшин И.М. и др. Почвы Ливийской Арабской Джамахирии (Soil studies in the western Zone of the Socialist People's Libyan Arab Jamahiriya). Монография, Tripoli, 1980, v. 1, 255 р.; v. 2, 284 р. (на англ. языке).
18. Щербаков А.П., Козловский Ф.И., Васенев И.И. Основные условия и закономерности современного антропогенеза черноземов России / В кн. «Антропогенная эволюция черноземов». - Воронеж: ВГУ, 2000. - С. 391-409.
19. Яшин И.М. Выделение из почв мобильных групп гумусовых соединений водным раствором нейтральной соли / В сб. «Актуальные вопросы агрономического почвоведения». - М.: МСХА, 1989. - С. 48-61.
20. Яшин И.М., Васенев И.И., Петухова А.А., Ворников Д.В. Экологическое состояние и деградация черноземов Приволжской Возвышенности (на примере учхоза «Муммовское» Саратовской области) // Известия ТСХА, 2012, Вып. 1. - С. 41-52.
21. Яшин И.М., Гареева И.Е., Атенбеков Р.А. и др. Экологический мониторинг воздействия антропогенеза на поверхностные воды. - М.: РГАУ-МСХА, 2015. - 167 с.
22. Яшин И.М., Васенев И.И., Прохоров И.С., Рамазанов С.Р. Экологическое состояние и эволюция черноземов среднего Поволжья Саратовской области / Эволюция и деградация почвенного покрова: сборник научных статей по материалам IV международной научной конференции (13-15 октября 2015 г.). - Ставрополь: Ставропольское издательство «Параграф», 2015. - С. 76-84.
