CC BY
47
УДК 631.48 (571.15)
В. И. Бивалъкевич, И. Т. Трофимов
ГЕНЕЗИС ВОДОПРОЧНЫХ АГРЕГАТОВ И СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ТИПОВ ПОЧВ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Структура почвы является регулятором комплекса жизни растений. Наиболее полное значение макроструктуры в почвах дано в работе И. Б. Ревута [1]. Он указывает, что «макроструктура в почве является мощным своеобразным регулятором плотности, влажности, газообмена, состава почвенного воздуха, а следовательно, и биологических процессов». Особо следует отметить роль структуры в защите почв от водной и ветровой эрозии. На структурных почвах эрозия проявляется незначительно или отсутствует совершенно.
Механизм структурообразования весьма сложен и своеобразен для каждой почвы. Необходимость его познания представляет не только теоретический, но и практический интерес.
Исследование структуры почв Алтайского края было начато Н. И. Хаинским [2]. Позднее исследованием агрегатов черноземно-луго-вых почв Горного Алтая занимался Б. В. Остроумов [3], который указывал, что агрегаты этих почв отличаются высокой механической прочностью и водоустойчивостью. И. И. Карманов [4] при изучении почв предгорий Северо-Западного Алтая указывает, что они в целинном состоянии отличаются высоким содержанием агрегатов крупнее 1 мм. А. Б. Ру-башов [5] установил, что выщелоченные черноземы Бийской опытной станции характеризуются низким содержанием водопрочных агрегатов, главной причиной чего является крупность механического состава и бедность минеральными коллоидами. По неопубликованным данным Г. С. Гоппе, который изучал влияние многолетних трав на содержание водопрочных агрегатов выщелоченных черноземов Приобского плато, низкое содержание водопрочных агрегатов в почве и незначительная их роль в образовании многолетних трав объясняются обедиенностью илистыми и обогащенностью пылеватыми частицами. Опытами бывшей Славгородской опытно-селекционной станции установлена незначительная структурообразующая роль многолетних трав на каштановых почвах Кулунды и общее низкое содержание водопрочных агрегатов в них.
Приведенный краткий обзор литературы показывает, что главное внимание исследова-
телей при изучении структуры почв Алтайского края было направлено на изучение содержания количества водопрочных агрегатов в зависимости от способов обработки и посева многолетних трав. Генезис водопрочных агрегатов и их качество, а также структурное состояние целинных почв и их распаханных аналогов изучены недостаточно.
В этой связи нами была поставлена задача выяснить зависимость структурности, количества и качества водопрочных агрегатов в основных почвах от характера минералогического состава, качества клеящих веществ водопрочных агрегатов, состоящих из глинистых минералов, органического вещества и органо-минеральных соединений: выявить влияние длительного использования этих почв в пашне на количественный и качественный состав водопрочных агрегатов; дать прогноз структурного состояния почв и приемов его улучшения.
Для этой цели была использована система методов, разработанная И.Н. Антиповым-Ка-ратаевым с сотрудниками [6], включающая исследования распада почвенных агрегатов в зависимости от клеящих веществ; коллоидно-химическое и минералого-микроскопичес-кое изучение клеящих веществ; минералого-микроскопическое исследование твердой фазы и органо-минеральных соединений.
При коллоидно-химическом изучении клеящих веществ по формам связи с минеральной частью почвы выделяются три фракции гумусовых веществ
Первая фракция представлена гумусовыми кислотами, связанными со щелочноземельными катионами и гумусовыми кислотами, находящимися во вторичных связях с поверхностью минералов и свободными гумусовыми веществами.
Вторая фракция представлена гумусовыми веществами, связанными ионогенными группами алюминия и железа на поверхности минералов со свободными гидратами полуторных окислов.
Третья группа представлена прочно связанными с минеральной частью гумусовыми веществами (гуминами), которые окисляются при многократной обработке гипобромитом натрия. После снятия клеящих веществ с аг-
регатов характер их распада изучался под микроскопом.
Исследованиями минералогического состава почвенного «скелета» исследуемых почв установлено, что преобладающими минералами этой фракции являются кварц и полевые шпаты.
Кроме того, в составе почвенных минералов встречаются зерна роговой обманки. В незначительном количестве отмечаются акцессорные минералы: турмалин, гранаты, сфен, дистен, а также отдельные непрозрачные и полуокатанные зерна лимонита буроватой окраски. Гидрослюды находятся в виде буроватых сильно выветрившихся зерен.
Необходимо отметить, что минералогический состав почвенного «скелета» темно-каштановой почвы способствует формированию водопрочных агрегатов, гак как в минералогическом составе содержится значительное количество полевых шпатов, зерна которых подвержены выветриванию. Зерна кварца на одну треть от общего количества покрыты железистыми пленками, что также способствует лучшему взаимодействию почвенных компонентов при образовании агрегатов.
В черноземе обыкновенном преобладающим минералом является кварц, общее содержание которого составляет около 40% от суммы всех минералов.
Общее содержание полевых шпатов — 26%, с незначительным выветриванием зерен этого минерала.
В целом минералы почвенного «скелета» чернозема обыкновенного в меньшей степени
ожелезненные, менее выветрившиеся и слабее покрыты органо-минеральными пленками по сравнению с минералами темно-кашта-новой почвы, поэтому они менее благоприятны для формирования водопрочных агрегатов.
Минералогический состав типичного чернозема предгорий Алтая изучен очень слабо, имеются лишь данные И. И Карманова [21 по минералогическому составу типичного чернозема на массивно-кристаллической породе фракции >0,01 мм.
Проведенные нами исследования показали, что во фракции >0,01 мм преобладают обломки хлоритового сланца. Зерна его остроугольные и частично полуокатанные. В незначительном количестве встречаются корродированные и полуокатанные зерна полевого шпата.
Зерна кварца полу окатанные, прозрачные и частично матовые.
Кроме этих двух минералов, составляющих 38% от всей массы минеральных зерен, в незначительном количестве встречается роговая обманка (4%), биотит (0,5%), рутил (0*7%), фитолитарии (2%) и другие минералы. В целом минералогический состав фракции >0,01 мм чернозема типичного является благоприятным для формирования водопрочных агрегатов.
Минералогический состав илистой фракции исследуемых почв был определен рент-гендифрактометрическим методом на аппарате УРС-50-НМ. Полученные материалы по минералогическому составу фракции
Таблица 1
Структурный и агрегатный состав некоторых почв Алтайского края (% от веса сухой почвы)
Почва, пахотный слой Угодье Метод выделения Размер агрегатов, мм Коэффициент структурности
>3 >1 >0,25 <0,25
Темно-каштановая целина I II 59.8 43.9 69,8 48,1 82,2 58,1 17.8 41.9 0,44
пашня I II 81,9 0,9 87,1 4,6 94,4 27,3 5,6 72,7 0,26
целина I II 76,6 21,3 88,3 31,5 94.0 50.1 6,0 49,9 0,83
Чернозем обыкновенный пашня I П 50,0 1,7 66,9 7Д ! 81,3 33,8 18,7 66,2 1,05
целина I II 56,2 41,1 92,9 76,0 98,3 88,3 1,7 11,7 11,50
Чернозем типичный пашня I II 61,1 3,4 79,1 23,5 91,1 60,3 8,9 39,7 0.82
Горизонт А глубокого солонца целина I II 40,9 20,8 69,8 43,1 84,3 72,6 15,7 27,4 1,30
Таблица 2
Зависимость распада водопрочных агрегатов размером 1-2 мм от снятия клеящих веществ в
некоторых почвах Алтайского края
Почвы Общий с,% После удаления подвижных форм органических кислот После удаления подвижных форм ИгОз После удаления органического вещества, связанного с ИаОз После удаления органич. вещества гипоброми-том натрия Тип склеи-
С, % от общего 1 и г- 1 * оценка распада, балл С, % от общего оценка распада, балл С, % от общего оценка распада, балл вания агрегатов
г. к ф. к. оценка р; пада, бал ° 4! 2 2 Сь. X О б г. к. ф. к.
Темно-каштановая почва, целина, глубина 0-20 см 2,16 19.90 14,73 1 69,90 2 4,17 2,32 4 58,06 7 ж-г
Темно-каштановая почва, пашня, глубина 0—20 см 1,30 24,60 15,20 3 56.45 3 5,11 2,17 4 52,09 7 Р- г-ж-Г
Чернозем обыкновенный, целина, глубина 0-20 см 2,40 24,10 17,08 1 51,49 3 3,83 3,51 4 48,46 7 ж-г
Чернозем обыкновенный, пашня, глубина 0-20 см 2,04 26,41 18,45 3 39,80 4 4,11 2,72 5 46,75 7 р-г-ж-г
Чернозем типичный, целина, глубина 0-20 см 6,16 21,75 13,15 1 62,75 3 4,54 2,72 4 56,05 7 ж-г
Чернозем типичный, пашня, глубина 0-20 см 4,02 25,38 12,18 1 57,51 4 4,48 1,98 5 54,24 7 ж-г
I Солонец лугово-I степной глубокий, 1 юризонт А 4,26 29,34 20,86 3 37,19 4 4,22 2,58 5 41,36 7 р-г-ж-г
<0,001 мм позволяют выделить три основные фазы: гидрослюды, каолинит-хлорита и набухающих смешанно-слоистых минералов.
В темно-каштановой почве преобладают гидрослюды с небольшой долей участия сме-шанослойных образований, каолинита, хлорита и высокодисперсного кварца. В черноземе обыкновенном снижается доля гидрослюд и увеличивается количество смешанослой-ных минералов с расширяющейся кристаллической решеткой, что способствует лучшему структурообразованию. В черноземах предгорий Алтая преобладают смешанослой-ные минералы, которые обусловливают образование максимально возможного количества агрегатов.
Исследования агрегатного состава почв показали, что наибольшее количество водопрочных агрегатов в целинном состоянии отмечается в черноземах типичных предгорий Алтая, а наименьшее — в черноземе обыкновенном Приобского плато.
В результате длительного использования пашни содержание водопрочных агрегатов в ней резко уменьшается. Особенно сильно под из-за хозяйственного использования пашни разрушаются агрегаты крупнее 3 мм (табл. 1). Активно разрушаются водопрочные агрегаты в первые годы после распашки. Уже на третий год после распашки количество водопрочных агрегатов уменьшается на 20% по сравнению с целинным исходным состоянием. Под воздействием бессменных зерновых культур происходит дальнейшее снижение количества водопрочных агрегатов, однако разница по их содержанию в черноземных почвах под различными культурами составляет 3-5%. Более значительно уменьшается содержание водопрочных агрегатов только под влиянием черного пара.
Посев многолетних злаковых трав (лом-коколосник ситниковый) и применение сиде-ральных удобрений оказывают равноценное
влияние на содержание водопрочных агрегатов в почвах.
Микроагрегаты почв в целинном состоянии обладают высокой прочностью, которая увеличивается от темно-каштановой почвы к чернозему типичному.
Прочность микроагрегатов в старопахотных почвах значительно ниже, чем в целинных. Наиболее резко прочность микроагрегатов уменьшается под влиянием обработки в темно-каштановой почве, так как коэффициент «дисперсности» по Качинскому увеличивается с 4,2 в целине до 13,5 в пашне.
Микроморфологические исследования агрегатов показывают, что макроагрегаты целинных почв: темно-каштановой и чернозема обыкновенного — округлые; типичного чернозема — ореховатые; горизонта А солонца глубокого — плитовидные.
Наибольшей плотностью упаковки отличаются агрегаты типичного чернозема.
Агрегаты старопахотной темно-каштано-вой почвы и обыкновенного чернозема — более рыхлой упаковки. Упаковка агрегатов типичного чернозема в пашне такая же плотная, как и агрегатов целинной почвы. Плотная упаковка агрегатов связана с наличием большого количества подвижного железа, которое пропитывает агрегаты. Гумус в агрегатах распределяется неравномерно — в виде узлов (наиболее равномерно — в агрегатах типичного чернозема). Узловое распределение гумусовых веществ в агрегатах происходит вследствие коагуляции щелочноземельными катионами гумусовых веществ на месте их образования.
Коллоидно-химические исследования агрегатов показали, что образование микроагрегатов осуществляется главным образом за счет гуминов, которые представляют собой необратимо скоагулированные г-уминовые кислоты, прочно связанные с высокодисперсными минералами почвы. Гумины в них окисляются гипобромитом натрия. При уменьшении содержания гуминов прочность агрегатов также уменьшается (табл. 2).
В формировании макроагрегатов почв темно-каштановой, обыкновенного чернозема, чернозема типичного (целина и пашня) принимают участие главным образом органо-минеральные соединения, которые состоят из
полуторных окислов и гумусовых веществ. После удаления их макроагрегаты почти полностью разрушаются на микроагрегаты. Из полуторных окислов наибольшее участие в формировании агрегатов принимает железо, поэтому тип склеивания агрегатов этих почв определяется как железисто-гуминовыи. Вторичные связи при образовании макроагрегатов старопахотных почв — темно-каш-тановой, чернозема обыкновенного и солонца глубокого (горизонт А), осуществляются за счет органо-минеральных соединений, а также в значительной мере рыхлосвязанными гумусовыми веществами, которые снимаются оксалатно-щелочным буфером, после чего они распадаются на несколько частей. Отделяются также минеральные зерна и микроагрегаты, поэтому тип их склеивания будет рыхло-гуматно-железисто-гуминовый.
В агрегатах старопахотных почв по сравнению с агрегатами целинных почв происходит уменьшение подвижных форм железа, связанных с органическим веществом. Это является одной из причин менее прочного склеивания агрегатов в старопахотных почвах по сравнению с агрегатами целинных почв.
Уменьшение содержания подвижных форм железа, связанного с органическим веществом в распаханных почвах, по-видимому, происходит вследствие более интенсивного разложения гумусовых веществ, обязанных более активной микробиологической деятельности в этих почвах.
Коллоидно-химические исследования выявили, что агрегаты целинных почв Алтая формируются главным образом за счет желе-зоорганических соединений, а агрегаты аналогичных почв европейской части России — под влиянием кальцийорганических соединений.
Нашими исследованиями установлена важная роль рыхлосвязанных гумусовых веществ в склеивании водопрочных агрегатов старопахотных почв, поэтому система земледелия, выбор приемов агротехники сельскохозяйственных культур и севообороты должны обеспечивать постоянное пополнение запасов органических веществ — источника подвижных форм гумусовых кислот, которые являются одним из главных факторов создания водопрочных агрегатов.
Литература
1. Ревут И. Б. Почва — о себе. М., 1965.
2. Хаинский А. И. Почвы Барабы и Алтайского округа вдоль левого берега р. Оби // Труды почвенно-ботанических экспедиций по ис-
следованию колонизационных р-нов Азиатской России. Ч. 1. Почвенные исследования 1912 и 1913 гг. Вып. 1. СПб., 1915.
3. Остроумов Б. В. К характеристике чернозем- 5. Рубашов АЛ>. К вопросу о генезисе водо-но-луговых почв долины р. Маймы // Почво- прочной структуры и роли ее в плодородии ведение. М., 1956. Кеб. почвы // Почвоведение. М., 1949. N»3.
4. Карманов И. И. Почвы предгорий Северо-За- 6. Антипов-Каратаев Н. Н., Келлерман В. В., падного Алтая и их использование в сель- Хан Д. В. О почвенном агрегате и методах его ском хозяйстве. М., 1965. исследования. М., Л., 1948.
