CC BY
17УДК 631.417.2:631.445.41:631.67«5»
Э. Н. Стратинская, Л. М. Докучаева, Т. П. Андреева
(ФГНУ «РосНИИПМ»)
ИЗМЕНЕНИЕ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ ОБЫКНОВЕННЫХ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ОРОШЕНИИ
Дана оценка изменения гумусного состояния черноземов при регулярном и циклическом орошении. Показано некоторое увеличение содержания гумуса и улучшение его качественного состава при различном чередовании орошаемой и неорошаемой фаз.
Ключевые слова: гумус, чернозем обыкновенный, гумусное состояние, аэробный и анаэробный тип разложения, циклическое орошение.
E. N. Stratinskaya, L. M. Dokuchaeva, T. P. Andreeva
CHANGE OF HUMUS CONTENT STATE IN ORDINARY CHERNOZYOM UNDER THE CIRCULAR IRRIGATION
Rating change of humus content state in ordinary Chernozyom under the regular and the circular irrigation was given. Some increase in humus content and improving its quality at various alternating irrigated and rainfed phases were shown.
Key words: humus, ordinary Chernozyom, humus state, aerobic and anaerobic decomposition type, cyclic irrigation.
Длительное применение орошения на черноземах приводит к развитию деградационных процессов осолонцевания и ощелачивания, а также уплотнением, дегумификацией, денитрификацией, образованием токсичных соединений в почве. Известно, что при высокой влажности почвы и уменьшении аэрации нарушается биологическая активность и снижается процесс гумификации. Перерывы в орошении благоприятно отражаются на закреплении в почве приобретенного при орошении свежего активного гумуса и формировании плодородия черноземов [1]. Для их восстановления и активизации требуется особый вид орошения, включающий чередование орошаемой и неорошаемой фаз [2]. Такая цикличность позволяет снизить водную нагрузку на почвы и обеспечить условия для восстановления ее почвенного плодородия.
Это подтвердили результаты исследований по влиянию снижения искусственной водной нагрузки посредством применения циклического
орошения на свойства чернозема деградированного.
Исследования проводились в 2005-2009 гг. в ГП «Батайское» Ростовской области. Почвенный покров был представлен черноземами обыкновенными тяжелосуглинистого состава, находящимися в режиме длительного регулярного орошения. Черноземы орошались водой с минерализацией 1,7 г/дм сульфатно-натриевого состава, поэтому приобрели ряд неблагоприятных свойств, а именно: повышенную щелочность (1,5 мг-экв./100 г), со-лонцеватость (10 %), уплотненность (1,34 т/м ) и низкое содержание гумуса.
Схема опыта включала четыре варианта, в которых чередовались орошаемые и неорошаемые фазы, то есть на варианте 1 участок орошался четыре года (Ор = 100 %), на варианте 2 - три года орошался и один год не орошался (Ор:Неор = 75:25 %), на варианте 3 - два года орошался и два года не орошался (Ор:Неор = 50:50 %), на варианте 4 - один год орошался и три года не орошался (Ор:Неор = 25:75 %). Минеральные удобрения вносились по всем вариантам опыта в расчете на планируемый урожай с учетом запасов питательных элементов в почве.
Гумус - один из основных показателей плодородия почв. Он представляет собой сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков растительного и животного происхождения. Нами рассматривается изменение общего гумуса и его состава после четырех лет воздействия различных водных нагрузок и применения сидераций для поддержания положительного баланса гумуса. Суммарный объем оросительной воды за 4 года исследований составил соответственно: на варианте 1 - 9400 м /га,
33
на варианте 2 - 6800 м /га, на варианте 3 - 3800 м /га, на варианте 4 -2400 м /га. В 2008 г. в качестве сидерата по всем вариантам опыта была высеяна горчица.
Процесс разложения и гумификации органических материалов в почве, по мнению М. М. Кононовой [3], может протекать по двум на-
правлениям: анаэробный и аэробный. Благоприятные условия для культурных растений могут быть созданы в почве только при одновременном развитии и сочетании аэробного и анаэробного процессов, способствующих накоплению гумуса. Это возможно только в рыхлых, хорошо проветриваемых почвах [4]. Такие условия воссоздавались в изучаемых почвах за счет чередования орошаемой и неорошаемой фаз.
Как показали результаты полевых исследований, к четвертому году освоения земель при разных соотношениях орошаемой и неорошаемой фаз достоверно изменялось общее содержание гумуса только в 0-20 см слое почв, глубже изменений по сравнению с контролем не наблюдалось, кроме варианта с соотношением Ор:Неор = 25:75 %. На контроле, где земли орошались постоянно, содержание гумуса практически не изменилось (рисунок 1).
Рисунок 1 - Изменение общего гумуса при различном соотношении орошаемой и неорошаемой фаз
Достоверное увеличение гумуса в верхнем двадцатисантиметровом слое чернозема по сравнению с исходным содержанием получено во всех вариантах со снижением водной нагрузки. На варианте Ор:Неор = 75:25 %
содержание гумуса возросло только на 0,14 %, а в вариантах с соотношением Ор:Неор = 50:50 % и Ор:Неор = 25:75 % соответственно на 0,19 % и 0,26 %, НСР05 при этом составила 0,11. Это произошло за счет активизации процессов гумификации, которые усилились благодаря оптимизации водно-воздушного режима почв в неорошаемой фазе, а также за счет возделывания сидератов. При регулярном орошении, где также возделывалась горчица на сидерат, увеличения содержания гумуса не происходило, так как при этом виде орошения преобладал анаэробный процесс разложения органического вещества, протекающий в бескислородной среде с образованием летучих соединений (метан, аммиак, сероводород и др.), которые не способствовали накоплению гумуса. О более высоком содержании этих веществ на вариантах с повышенной водной нагрузкой можно судить по определению недоокисленных веществ в почве, представленных на рисунке 2.
0 Н-----1-----1----1-----1----1-----1----1-----1-----1
2005г. 2006г. 2006г. 2007г. 2007г. 2008г. 2008г. 2009 г 2009г.
Весна Осень Весна Осень Весна Осень Весна Осень
----Ор=ЮО% ----Ор:Неор=75:25 %
----Ор:Неор=50:50 % ----Ор:Неор=25:75 %
Рисунок 2 - Содержание недоокисленных веществ в слое почвы 0-20 см при различных соотношениях орошаемой и неорошаемой фаз
Самое высокое их количество содержится на варианте с регулярным орошением, что свидетельствует о плохой аэрации почв. Это подтверждается расчетами, проведенными балансовым методом. Если сравнивать расчетное и фактическое содержание гумуса в почвах, можно убедиться в том, что его величины сильно разнятся (рисунок 3).
0р=100 % Ор:Неор = 75:25 %Ор:Неор = 50:50 %Ор:Неор = 25:75 %
■ Расчет. Фактич.
Рисунок 3 - Расчетное и фактическое содержание гумуса в 0-30 см слое чернозема обыкновенного при регулярном и циклическом орошении
При расчете содержания гумуса балансовым методом учитывались минерализация гумуса при возделывании той или иной культуры, поступление пожнивно-корневых остатков и зеленой массы сидератов, пересчитанное на сухое вещество, и их гумификация, рассчитанная по известным коэффициентам (таблица 1).
Таблица 1 - Баланс гумуса в 0-30 см слое чернозема обыкновенного при возделывании сельскохозяйственных культур различным соотношениями орошаемой и неорошаемой фаз
Показатели Варианты опыта
Ор = 100 % Ор:Неор = 75:25 % Ор:Неор = 50:50 % Ор:Неор = 25:75 %
1 2 3 4 5
2006 г. -картофель Гумус % 3,82 3,82 3,82 3,82
т/га 182,4 182,4 182,4 182,4
Потери гумуса, т/га 3,65 3,65 3,65 3,65
Выход пожнивных остатков, т/га 3,58 3,55 3,51 3,47
Г умус от пожнивно-корневых остатков, т/га 0,35 0,36 0,35 0,34
Всего гумуса осень, т/га 179,1 179,1 179,1 179,1
2007 г. - капуста (1, 2); кукуруза (3, 4) Потери гумуса, т/га 3,58 3,58 1,79 1,79
Выход пожнивных остатков, т/га 3,02 2,78 3,98 3,18
Гумус от пожнивно-корневых остатков, т/га 0,30 0,28 0,79 0,64
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5
Всего гумуса осень, т/га 175,8 175,8 178,1 177,9
2008 г. -яровой ячмень + горчица Потери гумуса, т/га 1,76 1,76 1,78 1,78
Выход пожнивных остатков, т/га 4,05 3,74 3,6 3,65
Гумус от пожнивно-корневых остатков, т/га 0,81 0,75 0,72 0,73
Всего гумуса осень, т/га 174,8 174,8 177,0 176,9
2009 г. -подсолнечник Потери гумуса, т/га 1,75 1,75 1,77 1,77
Выход пожнивных остатков, т/га 3,85 2,56 2,7 2,96
Гумус от пожнивно-корневых остатков, т/га 0,77 0,51 0,54 0,59
Всего гумуса осень, т/га 173,8 173,6 175,8 175,7
Гумус, % 3,62 3,62 3,65 3,66
Фактически же в изменении содержания гумуса играло немаловажную роль соотношение воды и воздуха, определяющее тип процесса гумификации. На вариантах с циклическим орошением преобладает аэробный процесс гумификации, который протекает быстрее и с образованием большего количества гумуса, поэтому в этих вариантах его содержание по сравнению с расчетными величинами возросло в абсолютных единицах на 0,30; 0,31; 0,36 %, а в относительных соответственно на 8,8 % и 10 %, а при регулярном орошении эти величины соответственно составили 0,24 % и 6 %.
При образовании гумуса в аэробных условиях его состав оказывается более качественным. Об этом свидетельствуют результаты определения группового состава гумуса и показатели гумусного состояния почв (таблица 2, рисунок 4).
При снижении водной нагрузки отмечается уже тенденция к формированию в гумусе гуминовых кислот, более наглядно это проявилось
С
в 4 варианте (Ор:Неор = 25:75 %). Здесь отношение —— составило 1,15,
Сф.к.
что характеризует тип гумуса как фульватно-гуматный, в то время как на контроле он остался гуматно-фульватным (рисунок 4).
Таблица 2 - Групповой состав гумуса при различном соотношении орошаемой и неорошаемой фаз (0-20 см)
Вариант опыта Гумус по Никитину, % Углерод органический в исходном состоянии, % Углерод гуминовых кислот, % Углерод фульво- кислот, % Угле- род ос- татка, % Сте- пень гуми- фи- кации, % С г.к. С '-'ф.к.
1 Контроль Ор=100 % 3,92 2,27 0,46 0,52 1,29 20 0,88 Г-Ф
2 Ор:Неор = 75:25 % 3,98 2,31 0,48 0,49 1,34 20 0,98 Г-Ф
3 Ор:Неор = 50:50 % 4,03 2,34 0,52 0,49 1,33 22 1,06 Ф-Г
4 Ор:Неор = 25:75 % 4,10 2,38 0,60 0,52 1,26 25 1,15 Ф-Г
Примечание: Г-Ф - гуматно-фульватный тип гумуса; Ф-Г - фульватно-гуматный тип гумуса.
Рисунок 4 - Содержание гуминовых и фульвоткислот в слое почвы 0-20 см при различных соотношениях орошаемой и неорошаемой фаз
Степень гумификации, определяемая выражением
С
С
■ 100%,
ф.к.
на контроле оставалась слабой, а на третьем и четвертом вариантах через четыре года стала средней.
Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что общее содержание гумуса, тип гумуса, степень гумификации указывают на тенденцию к улучшению гумусного состояния черноземов при переходе на циклический вид орошения.
Список использованных источников
1 Фатьянов, А. С. Почвоведение / А. С. Фатьянов, С. Н. Гайчинов, И. П. Гречин. - М.: Колос, 1971. - С. 62-70.
2 Циклическое орошение - способ сохранения плодородия почв Юга России / В. Н. Щедрин [и др.]. - М.: ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2010. -28 с.
3 Кононова, М. М. Органическое вещество целинных и освоенных почв / М. М. Кононова. - М.: Наука, 1972. - 277 с.
4 Ковда, В. А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана / В. А. Ковда. - М.: Наука, 1981. - С. 28-79.
