Использование новых показателей гумусного состояния почв для мониторинга антропогенного воздействия на плодородие черноземов обыкновенных Кабардино-Балкарской республики Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.452:631.445.4(470.64) М.И. Езиев, О.П. Татаринцева

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЕМОВ ОБЫКНОВЕННЫХ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Современные экономические условия характеризуется повышенным антропогенным воздействием на окружающую природу. Продолжающаяся интенсификация сельскохозяйственного производства приводит к снижению плодородия почв. Анализ литературных источников и собственных экспериментальных данных показывает, что интенсивное сельскохозяйственное использование почв КабардиноБалкарской Республики на протяжении десятилетий привело к нарушению многих ее функций (экологических, санитарных), изменению физико-химических свойств, разрушению структуры почвы, развитию уплотнения, нарушению водно-воздушного режима и потери органического вещества.

Ключевые слова: почва, гумус, мониторинг, уплотнение, органическое вещество, физическая

глина.

M.I. Yeziev, O.P. Tatarintseva

APPLICATION OF NEW HUMUS SOIL CONDITION INDICATORS FOR THE MONITORING OF ANTHROPOGENOUS INFLUENCE ON THE ORDINARY CHERNOZEM FERTILITY IN KABARDINO-BALKARIAN REPUBLIC

Modern economic condition is characterised by the increased anthropogenous influence on environment. Non-stop agricultural production intensification leads to the soils fertility decrease. The analysis of references and own experimental data shows that the intensive agricultural use of the Kabardino-Balkarian Republic soils throughout decades led to many functions infringement (ecological, sanitary) change of physical and chemical features, soil structure destruction, consolidation development, water-air mode in fringement and organic substance loss.

Key words: soil, humus, monitoring, consolidation, organic substance, physical clay.

Проблема улучшения экологического состояния агроценозов, повышения биологической активности почвы, сохранения и улучшения её агроэкологического состояния весьма актуальна.

Почва является полидисперсной гетерогенной системой открытого типа (ПСП), стремящейся к состоянию динамического равновесия. В связи с этим между элементами почвы всегда должно наблюдаться постоянство соотношений.

Решение проблемы управления плодородием почвы в значительной мере связано с поддержанием оптимального гумусового режима, для чего необходима объективная оценка изменения содержания гумуса в почве. Такая оценка в свете современных представлений о гумусном состоянии почв может быть дана при обязательном рассмотрении дисперсности почвы и учете гумуса в физической глине.

Учет содержания гумуса в физической глины обусловлен тем, что результаты его определения принято выражать в процентах от массы почвы. При этом считается, что гумус более или менее равномерно распределен по всей почвенной массе. В действительности же в почвах имеют место не просто процессы гумусонакопления, а избирательного гумусозакрепления. На минеральных подложках-матрицах формируются органо-кристаллические полимеры или глино-металл-органические комплексы различной агрегированно-сти и размерности. Они сосредотачиваются в различных гранулометрических фракциях почв.

На 85-99% гумус имеет прямое сродство с глинистыми минералами, которые парагенетически сосредоточены во фракциях физической глины. Именно эта почвенная масса определяет гумусовое состояние почв и является гумусовой детерминантной. Объем гумусозакрепления в почвах ограничен и лимитируется объемом «посадочных» мест на каталитически активных центрах глинистых минералов. Это позволяет говорить о матричности гумус-гранулометрических отношений, «унаследованности» гумусом объема и структурной организации минеральной матрицы-катализатора.

В наиболее общем виде объем гумусозакрепления в почвах напрямую зависит от количества и иловато-пылеватости физической глины (г ), а также от ее соотношения с безгумусовой частью почвы - физическим песком ^). Таким образом, в почвах имеет место формирование двух разнокачественных масс: гумусосодер-

жащей и безгумусовой. Последняя масса состоит преимущественно из первичных минералов, индифферентных к гумусозакреплению и выступающих как разбавитель концентрации гумуса в физической глине.

При определении гумуса в почве стандартными методиками безгумусовая масса количественно не учитывается. Но она незримо входит как переменная величина в показатель «содержание гумуса в почве». Таким образом, этот показатель несет в себе двойственную информацию: о концентрации гумуса в физической глине и о соотношении ее с физическим песком. Нельзя оценивать и проводить анализ гумусного состояния почв без учета гранулометрического состава.

Для устранения существующей неопределенности необходимо дополнительно проводить определение концентрации гумуса в физической глине, т.е. без эффекта разбавления. Полученные таким образом показатели гумусового состояния почв абсолютно сравнимы, так как приведены к изогранулометрическим условиям сравнения.

Объекты и методы исследований. В задачу исследований входило проведение мониторинга изменения показателей плодородия почв в результате сельскохозяйственного использования с 1977 по 2006 г. Динамика уровня плодородия рассматривалась на примере Терского Госсортоучастка (ТГСУ) КабардиноБалкарской Республики.

На территории ТГСУ распространены черноземы обыкновенные карбонатные малогумусные среднесуглинистые на суглинках и черноземы обыкновенные мощные малогумусные на аллювиальных и галечни-ковых отложениях.

В ходе исследований было заложено 28 полнопрофильных разрезов. Образцы отбирались со среднего 10-сантиметрового слоя генетических горизонтов.

Также был проведен химический анализ почвенных образцов: содержание гумуса - методом Тюрина, содержание фосфора и калия по Мачигину, емкость катионного обмена - методом Бобкова-Аскенази, содержание карбонатов - методом Шеблера, рН - водный. Гранулометрический состав определялся методом Качинского, подготовкой с пирофосфатом натрия.

Рассмотрение дисперсности при оценке гумусного состояния почв и учет содержания гумуса в физической глины обусловлено следующим. Под ПСП следует понимать не только количество разноразмерных и разнокачественных частиц, но и их соотношение. В частности, между частицами размером1 более 0,01 мм и менее 0,01 мм й, а также гидрофильной (частицы <0,001-а) и гидрофобной (частицы 0,01-0,001-р) частями, которые связываются между собой коэффициентами к1 и к2.

Так как Y+ z=100%, к1=100/ z = z. В свою очередь, коэффициент к2 вычисляется исходя из того, что а+ р= z, к2= 2/а=1 + р /а.

Учитывая, что z - величина переменная, целесообразно придать ей значение 100%. На этой основе вводится показатель (У,%) - степень насыщенности 100 z коллоидной (а) или надколлоидной (р) массами -Уа=100 а/ z и Ур=100 р^. И, наконец, теперь можно выразить значение константы динамического равновесия между элементами ПСП: К=к^2. Установлено, что в почвах встречается три типа этих соотношений: 1) к1/к2=1,00; 2) к1/к2<1,00; 3) к1/к2>1,00. Наибольший интерес представляет первый тип отношения масс. Параметры системы предсказуемы и точно рассчитываемые - а^ =0,0^ и рси=0,0^. Именуются эти значения как детерминантные или базовые и могут быть рассчитаны для любого значения z. Они выступают в анализе ПСП как эталоны сравнения. Фактические значения аф и рф в почвах соотносятся с а^ (аф а^= К; рф/ а^= К). Это дает все множество К^ 1,00, которые варьируют от 1,00 до 2,00 ( для легких почв больше 2,00).

Результаты исследований. Многочисленные литературные данные показывают, что в результате интенсивного сельскохозяйственного производства зачастую не достигается даже простого воспроизводства почвенного плодородия.

Следуя основным принципам почвенного мониторинга, для своевременного обнаружения неблагоприятных изменений свойств почв и почвенного покрова при различных видах его использования нами был проведен сравнительный анализ почв опытного участка ТГСУ. Как свидетельствуют результаты проведенных исследований, плодородие обыкновенных черноземов претерпело значительное изменение. Так, в черноземах обыкновенных мощных содержание подвижного фосфора Р2О5 в пахотном горизонте в 1977 г. составило 6,0 мг/100г почвы (высокая), а в 2006 г. уже 3,5мг/100г (средняя обеспеченность). Аналогичная тенденция наблюдается на черноземах обыкновенных среднемощных (см. табл. 1).

Так, в 1977 г. в обыкновенных черноземах среднемощных гумуса содержалось в пахотном горизонте 2,8%, а в 2006 г. - 2,66%. Динамика изменения показателей почвенного плодородия на ТГСУ подробно приводится в табл. 1.

Баланс гумуса на сортоучастке был отрицательным из-за нехватки органических удобрений. Минерализация превалировала над накоплением.

Таблица 1

Сравнительный анализ почв опытного участка ТГСУ

Название почвы Гори- зонт Г луби-на, см Гумус, % Р2О5, мг/100г почвы К2О, Мг/100г почвы рН водный Емкость поглащ. оснований

1977 г. 2006 г. 1977 г. 2006 г. 1977 г. 2006 г. 1977 г. 2006 г. 1977 г. 2006 г.

Черноземы обыкновенные мощные малогумусные на аллювиальных и галечниковых отложениях (микроучасток №71) Апах 0-22 2,8 2,66 6,0 3,5 26 22 7,7 7,4 2,1 23,60

А' 31-41 2,1 1,74 4,0 3,0 26 20 7,7 7,39 2,3 21,11

В1 60-70 1,8 1,50 3,0 1,78 18 19 7,5 7,5 16,5 21,26

В2 87-97 1,26 1,1 1,6 1,0 15 15 7,6 7,5 15,8 20,20

ВС 107-117 0,8 0,80 1,4 0,7 15 12 7,8 7,6 14,1 20,20

Чернозем обыкновенный среднемощный (микроучасток №22) Апах 0-20 2,80 2,0 3,4 1,16 23 15,0 6,6 6,7 30,13 н/о

А 25-35 2,66 1,96 1,78 0,7 15 11,0 6,6 6,75 27,06 н/о

В 40-50 2,52 1,80 0,56 0,6 14 7,0 6,7 6,5 30,12 н/о

В/С 60-70 2,40 1,50 0,42 0,42 12 6,0 6,8 6,4 35,63 н/о

Взаимосвязь дисперсности и гумусности в черноземах Кабардино-Балкарии наиболее наглядно отражена в табл. 2. В графах 3-5 табл. 2 показан гранулометрический состав исследуемых почв, на основании этого рассчитываются базовые значения содержания ила^=0,0^2 и базовые значения содержания пыли р=0,0^=^^

Из показателей содержания ила и пыли в данных почвах видно, что чернозёмы КабардиноБалкарской Республики преимущественно пылеватые. В связи с этим в графе 8 табл. 2 дан показатель доли пыли в физической глине.

В графе 9 табл. 2 определяется константа равновесия, указанные выше гранулометрические фракции относятся друг к другу как:

к к к 100 7

—= С >1 при к1>к2; —= С <1 при к1<к2; —= С =1, где к = — иг2= -.

к к к У. а

В графах 10-12 табл. 2 даны показатели содержания гумуса для почвы в целом (у) и в 100 г физической глины, определённые аналитически (графа 11 табл. 2) и расчётные значения содержания гумуса в физической глине (графа 12 табл. 2), определяемое как хр=Ку * х.

Анализ табл. 2 показал, что между содержанием гумуса в почве в целом и в физической глине существует достаточно чёткая зависимость, эти показатели связаны через константу равновесия. Эта связь доказывается высоким коэффициентом корреляции (г=0,98 при п=48) между аналитическим и расчётным содержанием гумуса в физической глине.

Таким образом, отношения показателей содержания гумуса в почве в целом и в физической глине (К=х/у) определяется дисперсностью почв, выраженной через константы равновесия.

При одном и том же содержании физической глины в почве изменения в ней соотношения ила/пыли сказываются на концентрации гумуса в физической глине. С увеличением массы пылеватых фракций нарастает концентрация гумуса в физической глине. Пример: разрез №196 и смешанные образцы при близком значении физической глины Д 50,90 и 49,50 соответственно; пылеватая фракция преобладает (43,8) в разрезе 196, что повлекло к увеличению содержания гумуса в физической глине.

Содержание гумуса стремится к постоянной величине, а концентрация гумуса в физической глине в связи с изменением соотношения ила-пыли - величина переменная.

45

Таблица 2

Взаимосвязь дисперсности и гумусности чернозёмов Кабардино-Балкарской республики

Горизонт Глубина взятия образца, см Содержание частиц, % Насыщенность физглины илом/ пылью, V, % Константы равновесия,К Содержание гумуса, % Нэыщнность физлины гумусом, «/,%

<0,01 мм 0 <0,001 мм (а) 0,001-0,01 (в) Базовые значения Псчва в цепсм , У Физическая глина

Иил, а4 Пьль, Ра Фактическое , х Расчетное,х

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

5.06.06 г. Разрез №150. п. Дальний КБР. Тёмно-каштановая карбонатная среднесуглинистая почва на лёссах

Апах 0-20 43,10 12,70 30,40 18,57 24,50 70,50 1,637 2,50 4,27 4,10 9,50

В1 27-37 43,50 11,40 32,10 18,90 24,60 73,80 1,696 2,32 4,00 3,95 9,00

В2 45-55 42,30 10,00 32,30 17,90 24,40 76,30 1,805 1,64 2,44 2,96 7,00

ВС 65-75 44,50 11,60 32,90 19,80 24,70 73,90 1,661 1,53 2,51 2,54 5,70

С1 85-95 45,70 15,90 29,80 20,80 24,90 65,20 1,427 1,04 1,46 1,48 3,20

С3 170-180 36,70 9,90 26,80 13,40 23,30 73,00 1,989 0,30 0,74 0,41 1,60

29.09.06 г. Разрез № 222 с. Чегем 2 КБР. Чернозём выщелоченный мощный легкосуглинистый на галечниках, являющихся аллювиальным отложением

Апах 0-15 42,20 12,50 29,70 17,80 24^ 70,30 1,668 2,95 5,40 4,92 11,70

А\В 35-45 49,20 20,50 28,70 24,20 25,00 58,30 1,886 2,72 3,16 3,22 6,50

26.09.06 г. Разрез № 212 с. Красносельское КБР Чернозём южный среднемощный на лессовидных лёгких суглинках

Апах 0-20 47,10 10,80 36,30 22,10 25,00 77,10 1,636 2,75 4,37 4,49 9,50

А" 20-30 49,30 17,00 32,30 24,30 25,00 62,50 1,329 2,42 3,19 3,21 6,50

В1 35-45 49,90 16,80 33,10 24,90 25,00 66,30 1,329 2,35 3,28 3,12 6,20

В2 55-65 48,80 16,20 32,60 23,80 25,00 66,80 1,368 1,50 1,64 1,77 3,60

ВС 80-90 47,00 17,90 29,10 22,10 24,90 61,90 1,317 1,12 1,40 1,47 3,10

С1 115-125 49,60 18,20 31,40 24,60 25,00 63,30 1,277 0,58 0,70 0,74 1,50

С2 145-155 46,50 17,40 29,10 21,60 24,90 62,50 1,346 0,39 0,48 0,52 1,10

С3 185-195 42,50 13,10 29,40 18,10 24,40 69,20 1,627 0,42 0,58 0,68 1,60

29.09.06 г. Разрез № 220. Къызбурун КБР 3. Чернозём выщелоченный среднемощный на лессовидных суглинках

Апах 0-15 52,80 19,80 33,00 27,80 25,00 62,50 1,187 4,48 5,71 5,32 10,00

А/В 35-45 55,80 24,50 31,30 31,10 24,70 56,10 1,005 2,52 3,40 2,53 4,50

В1 45-65 55,60 23,90 31,70 30,90 24,70 57,00 1,025 2,14 1,98 2,19 3,90

В2 73-83 53,00 22,00 31,00 28,10 24,90 58,50 1,103 1,07 1,22 1,18 2,20

В/С 88-98 58,20 18,20 40,00 33,80 24,40 68,70 1,180 1,05 1,15 1,23 2,10

С2 160-170 56,40 19,90 36,50 31,80 24,60 64,70 1,147 0,41 0,40 0,47 0,80

Контроль

Апах 0-15 57,30 18,10 39,20 32,80 24,50 68,40 1,195 5,00 6,30 6,00 10,40

12.07.05 г. Разрез №7. с. Кремконстантиновка КБР. Чернозём обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках

А пах 0-27 48,10 17,00 31,10 23,10 25,00 64,60 1,355 3,87 5,39 5,24 10,70

В2 65-75 48,00 16,60 31,40 23,00 25,00 65,40 1,365 1,86 2,53 2,53 5,20

Вестник^КрасТАУ- 2009. №4

Окончание табл. 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

22.07.06 г. Разрез № 191. ТГСУ КБР. Микроучасток 71. Чернозём обыкновенный остаточно-луговатый террасовый мощный среднесуглинистый на аллювиальных отложениях

Апах 0-20 52,20 20,70 31,50 27,20 25,00 60,30 1,158 2,61 3,26 3,00 5,70

А" 27-37 55,30 20,10 35,20 30,50 24,80 63,30 1,151 2,67 2,99 3,07 5,50

А/В 45-55 54,90 22,30 32,60 30,10 24,80 59,30 1,083 2,12 2,20 2,29 4,20

В1 55-75 58,70 21,00 37,70 34,40 24,30 64,20 1,096 1,93 2,08 2,11 3,60

В2 90-100 51,30 15,60 35,70 26,30 25,00 69,60 1,357 1,33 1,75 1,80 3,50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

01.08.06 г. Разрез №196 ТГСУ КБР. Чернозём обыкновенный карбонатный террасовый среднемощный среднесуглинистый на аллювиальных отложениях

Апах 0-24 50,90 7,10 43,80 25,90 25,00 86,00 1,163 4,78 5,40 5,56 10,90

В1 40-50 53,10 21,20 31,90 28,20 24,90 60,00 1,131 3,19 3,83 3,60 6,70

01.08.06 г. (смешанные образцы). ТГСУ КБР. Микроучасток 22

Апах 0-20 49,50 25,00 24,90 24,50 25,00 50,50 1,020 2,42 2,54 2,47 4,90

01.08.06 г. (смешанные образцы). ТГСУ КБР. Микроучасток 65

Апах 0-20 52,00 23,10 28,90 27,00 25,00 55,50 1,070 1,61 1,70 1,72 3,30

01.08.06 г. (смешанные образцы). ТГСУ КБР. Микроучасток 101

Апах 0-20 57,20 19,80 37,40 32,70 24,50 65,30 1,143 0,64 0,70 0,73 1,20

27.09.06 г. Дубл разреза №9. БГСУ КБР. Микро часток №84. Че энозём типичный слабонамытый мощный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках

Апах 0-15 52,90 5,40 47,50 28,00 24,90 89,80 1,114 4,93 5,76 5,50 10,40

Апогр 20-30 55,40 13,30 42,10 30,60 24,80 76,00 1,316 4,69 5,80 6,17 10,20

А"погр 40-50 52,60 19,40 33,20 27,60 25;00 63,10 1,200 3,87 4,82 4,64 8,80

В1 63-73 51,10 17,70 33,40 26,20 24,90 65,30 1,277 2,90 3,30 3,70 7,20

В2 90-100 48,40 16,20 32,20 23,40 25,00 66,50 1,374 1,77 2,41 2,43 5,00

С 165-175 51,1 10,1 41,0 26,2 24,9 80,2 1,246 4,79 5,83 5,97 11,7

20.07.05 г. Разрез №27. БГСУ КБР. Микроучасток №5. Чернозём обыкновенный карбонатный слабонамытый среднемощный на лессовидных суглинках

Апах 0-15 50,0 8,6 41,4 25,0 25,0 82,8 1,208 5,17 5,66 6,24 12,5

Апогр 20-30 36,0 3,8 322 13,0 23,0 89,4 1,118 2,55 3,00 2,85 7,9

А/В 36-46 39,9 7,4 32,5 15,9 24,0 81,4 1.227 1,90 2,42 2,33 5,8

В1 55-65 51,9 18,4 33,5 26,9 25,0 64,5 У243 3,21 3,84 3,99 7,7

В2 80-90 373 1,9 35,4 13,9 23,4 94,9 1,054 2,80 3,60 3,56 9,5

20.07.05 г. (смешанные образцы). БГСУ КБР. Микроучасток №37

Апах 0-20 36,1 1,1 35,0 13,0 23,1 96,9 1,032 2,66 3,00 2,74 7,6

20.07.05 г. (смешанные образцы). БГСУ КБР. Микроучасток №88

Апах 0-20 50,5 9.5 41,0 25.5 25,0 81,2 1,232 3,10 3,30 3,80 7,5

Почвоведение

Выводы

1. Нерациональное землепользование в период с 1977 по 2006 г., обусловленное рядом причин, в том числе и экономического характера, привело к резкому снижению почвенного плодородия и в целом к ухудшению экологического состояния данной территории.

2. При одном и том же содержании физической глины в почве изменения в ней соотношения ила-пыли сказываются на концентрации гумуса в физической глине. С увеличением массы пылеватых фракций нарастает концентрация гумуса в физической глине.

3. Содержание гумуса стремится к постоянной величине, а концентрация гумуса в физической глине в связи с изменением соотношения ила-пыли - величина переменная.

4. Многочисленные литературные источники показывают, что не достигается простого воспроизводства почвенного плодородия. Все вышеприведенные данные помогут выполнению основных задач почвенного мониторинга: выявлению антропогенных изменений почв и агрохимического мониторинга; контролю обеспеченности почв питательными веществами для растений.

Литература

1. Кумахов, В.И. Почвы Центрального Кавказа / В.И. Кумахов. - Нальчик, 2007.

2. Крыщенко, В.С. Матричная закономерность в топографии почв / В.С. Крыщенко, А.П. Самохин. - Рос-тов-на/Д., 2008.

3. Мотузова, Г.В. Экологический мониторинг почв / Г.В. Мотузова, О.С. Безуглова. - М.: Академ. Проект, 2007.