CC BY
41
К ВОПРОСУ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ В СОВРЕМЕННОМ УЧЕНИИ О ПОЧВЕННОМ ГУМУСЕ
Борис Максимович Кленов
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630099, г. Новосибирск, ул. Советская, 18; Сибирская государственная геодезическая академия, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, профессор, тел. (383)222-76-36, e-mail: klenov@issa.nsc.ru
Экологическая устойчивость почвенного гумуса рассмотрена в двух аспектах -биосферном и хозяйственно-экономическом. С одной стоны, гумус представляется как система органических соединений биосферы, образовавшихся в процессе своеобразного естественного отбора и характеризующихся различной экологической устойчивостью. С дугой, экологическая устойчивость на примере гуминовых кислот почв рассматривается как мера изменения их содержания и природы под влиянием антропогенной нагрузки. Предложены критерии экологической устойчивости гумуса.
Ключевые слова: экологическая устойчивость, гумус, гуминовые кислоты,
антропогенное воздействие.
PROBLEM OF ENVIRONMENTAL SUSTAIABILITY IN PRESENT-DAY SOIL HUMUS STUDIES
Boris M. Klenov
Institute of Soil Science and Agrochemistry of SB RAS, 630099, Novosibirsk, 18 Sovietskaya St; Siberian State Academy of Geodesy,630108, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St, leading researcher, professor, phone (383)222-76-36, e-mail: klenov@issa.nsc.ru
Environmental sustainability of soil humus was considered in two aspects such as biospheric and economical. On the one hand, humus is considered as a system of organic compounds of the biosphere which are formed as a result of specific natural selection and which are noted for different environmental sustainability. On the other hand, by example of soil humic acids the environmental sustainability is considered as a measure of their change under human impact. The criteria of environmental sustainability of humus are proposed.
Key words: environmental sustainability, humus, humic acids, human impact.
Известно, что, что любое антропогенное воздействие на почву изменяет её как физическую и химическую среду обитания живых организмов и ведёт к сокращению биоразнообразия, а, значит, и к сокращению уровня гумуса. Кроме того, сокращение уровня гумуса сопровождается изменением его качества и структуры, т.е. природы в целом.
Понятие «экологическая устойчивость (ЭУ), или устойчивость экологического функционирования» сейчас тесно связано с изучением любого природного объекта, в том числе и почвы в целом и её органической составляющей в частности, представленной в основном гумусом. Вопрос ЭУ гумуса, образованного главным образом гуминовыми кислотами (ГК) и фульвокислотами (ФК), - один из наименее выясненных. Вместе с тем следует
отметить, что уже в классических работах в области почвоведения эта проблема обсуждалась на примере так называемой буферной способности почв при поступлении в них агентов кислотной или щелочной природы. Об ЭУ гумуса, видимо, целесообразно судить по ЭУ гуминовых кислот (ГК). Дело в том, что, с одной стороны, эта группа специфических органических соединений почвы к настоящему времени наиболее обстоятельно изучена, а, с другой, одна, видимо, наиболее устойчива в экологическом отношении. О наиболее высокой ЭУ гуминовых кислот по сравнению с другими компонентами гумуса можно определенно судить по многочисленным результатам определения возраста ГК методом радиоуглеродного датирования [1].
Вопрос ЭУ гумуса в целом и ГК в особенности, прежде всего, наиболее остро встает в связи с освоением почв и последующим использованием их в земледелии, а также в связи с поступлением в почву продуктов антропогенной деятельности. В наиболее общем понимании ЭУ ГК в агроэкосистеме - это их способность в целом сохранять значение своих параметров, в т.ч. и структурных, в пространстве и времени.
Совершенно иная картина в почвах естественных ненарушенных биогеоценозов, где разложение органических остатков и синтез гумусовых веществ находится примерно в равновесии, поэтому потерь гумуса не происходит. Наоборот, происходит его увеличение, хотя и очень медленное. Следовательно, к рассмотрению ЭУ органического вещества в естественных и сельскохозяйственных почвах нельзя подходить одинаково. В естественных биогеоценозах гумус как система экологически устойчивых соединений образуется в ходе своеобразного естественного отбора. В сложной многокомпонентной смеси органического опада трансформации в первую очередь подвергаются легко разлагающиеся соединения (белки, углеводы), медленнее разлагаются жиры, а самым устойчивым, как известно, являются лигнин. Более трудно разлагающиеся компоненты и служат структурной основой биотермодинамически устойчивой системы гумусовых кислот (ГК и ФК). Однако даже и такая устойчивая система специфических органических соединений, как свидетельствуют многочисленные данные, теряет устойчивость при превращении биогеоценозов в агроценозы [2].
Представляется, что сравнительно-аналитическая оценка изменения наиболее характерных показателей ГК почв естественных ценозов и агроценозов позволит дать более четкое представление о критериях ЭУ. Предварительно систематизация таких критериев, приведенных в таблице по результатам изучения гумуса почв Западной Сибири, была предпринята ранее [3]. Предлагаемые критерии устойчивости в известной степени условны. По климатическим показателям, а также по показателям гумусового состояния и по основным показателям структурного состояния ГК почвенные экосистемы в целом можно подразделять всего на две группы (категории): экологически устойчивые и экологически слабоустойчивые. Таким образом, предлагаемая схема довольно проста, т.к. выделяются всего две группы ЭУ, однако набор данных довольно обширный, что вполне естественно, если принять во внимание сложность процесса гумусообразования вообще. К настоящему
времени эти показатели подкреплены данными для ГК почв других районов Сибири [4], в частности, Баргузинской котловины, где весь спектр почв по соответствующим показателям, предложенным в прилагаемой таблице, относится к категории экологически слабоустойчивых.
Обращаясь к содержанию таблицы, необходимо выделить, что при разработке показателей экологической устойчивости системы гумусовых соединений принимаются во внимание три параметра: биоклиматические, гумусового состояния почв и структурного состояния ГК. Величины показателей в правой колонке, предложенные на основании ранее поведенных исследований на примере почв Западной Сибири [2, 3], формально служат показателем экологической устойчивости почв и их гумусовых систем в естественных ценозах. При этом допускается, что в таких ценозах имеет место либо слабое проявление эрозионных процессов, либо их отсутствие. В случае проявления эрозии картина представляется иной, т.к., например, уже половина потерь гумуса, а иногда и больше происходит за счет только одного этого процесса. Неодинаковость величин показателей ЭУ свидетельствует о различной степени выраженности ЭУ изучаемых почв. Например, почвы, формирующиеся в условиях продолжительного периода биологической активности (ПБА) и повышенной среднегодовой температуры, будут экологически устойчивее почв, развивающихся в более суровых биоклиматических условиях. Например, серые, темно-серые почвы, черноземы, а также каштановые почвы характеризуются более высокой ЭУ, нежели автоморфные почвы таежной и тундровой зон. В Западной Сибири разделительным барьером ЭУ автоморфных почв является подтаежная зона с коэффициентом увлажнения, равным 1. Представляется, что применение только одних биоклиматических параметров будет вполне достаточным, чтобы предварительно классифицировать почву как экологически устойчивую или экологически слабоустойчивую. Показатели же гумусового состояния, дополнительно дающие ещё четыре величины, позволят более надежно подтвердить степень проявления ЭУ почв и их гумусовых систем. Что касается трех приведенных в таблице параметров структурного состояния ГК, то вследствие более сложного их получения в техническом отношении их целесообразно применять только в случае изучения ЭУ почв пахотных агроценозов или почв, экологическое равновесие которых нарушено иными видами антропогенной деятельности (орошение, осушение и др.). Первые два параметра являются, скорее всего, обязательными. Именно изменение структурных показателей ГК, например, возрастание величины (более 1) Н:С и степени ароматичности (более 30).
Необходимо добавить, что из показателей гумусового состояния целесообразнее использовать данные запаса гумуса вместо его содержания в %. Вместе с тем, при изучении естественных ценозов и агроценозов одних биоклиматических показателей, равно как и одних показателей гумусового состояния не достаточно для отнесения экосистемы к категории экологически устойчивой. Эти два вида параметров являются взаимодополнительными.
Показатели ЭУ почв и гумуса
Показатель Значение показателя для экологически устойчивых почвенных экосистем
Биоклиматические показатели
Период биологической активности Более 120 дней в году
Среднегодовая температура Выше +0,5оС
Коэффициент увлажнения по Н.Н.Иванову Менее 1,0
Показатели гумусового состояния
Содержание гумуса,% Более 5
Запас гумуса, т/га в слое 0-100 см Более 300
Степень гумификации, % Более 30
Тип гумуса - фульватно-гуматный, гуматный Сгк:Сфк более 1,0
Содержание свободных ГК, % от общего их содержания Менее 40
Показатели структурного состояния ГК
Н:С в молекуле ГК Менее 1,0
Степень бензоидности, % (по результатам элементного анализа и расчету по модифицированной формуле Ван-Кревелена) Более 30
Разрушение ГК при гидролизе минеральными кислотами,% массы Менее 30
Третий параметр структурного состояния ГК, т.е. их отношение к гидролизу минеральными кислотами (гидролизуемость), не является обязательным. Получение его не представляет технических трудностей, но отличается продолжительностью. Однако получение этого параметра, тем не менее, заслуживает внимания в случае подтверждения химической устойчивости изучаемого объекта. А химическая устойчивость согласуется с его устойчивостью к биологическому разложению, т.е. с ЭУ. Вместе с тем этот параметр хорошо согласуется со степенью ароматичности, поэтому может служить в качестве её контроля при оценке ЭУ почв, включенных в сельскохозяйственный оборот. Возрастание степени ароматичности ГК по мере увеличения срока использования почвы в качестве пашни сопровождается, как правило, снижением гидролизуемости ГК [2]ъ. Снижение при этом гидролизуемости, в свою очередь, объясняется тем, что ГК теряют алифатические структуры, что приводит к усилению степени их ароматичности. Как правило, показатель гидролизуемости в пахотных почвах ниже, нежели в целинных их аналогах. Таким образом, антропогенная нагрузка на почву также упрощает структуру ГК и снижает их ЭУ.
В заключение следует отметить, что почвенный гумус - продукт своеобразного естественного отбора, в ходе которого в почве длительное время сохраняются наиболее устойчивые его фракции. Все эти фракции, как известно, постепенно обновляются под влиянием современного почво- и гумусообразования, но сохраняют ЭУ в пространстве и времени. Основными устойчивыми соединениями гумуса являются ГК, которые, видимо, могут
служить в качестве своеобразного индикатора ЭУ почвы. По изменению их содержания и структуры в условиях антропогенного воздействия можно судить об изменениях ЭУ почвы в целом. Разрабатываемые критерии ЭУ почв и их гумусовой составляющей требует дальнейшего уточнения. Однако в любом случае их необходимо рассматривать в двух аспектах: биосферном и
хозяйственно-экономическом. Устойчивость почв и гумуса в биосфере представляется целесообразным рассматривать на примере ненарушенных экосистем. Что касается хозяйственноэкономического аспекта, то ЭУ нужно рассматривать как меру изменения величин показателей гумусового состояния и структурного состояния ГК под влиянием антропогенного воздействия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чичагова О.А. Радиоуглеродное датирование гумуса почв. М.: Наука, 1985.- 145 с.
2. Кленов Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «ГЕО», 2000. - 176 с.
3. Кленов Б.М. Некоторые критерии устойчивости системы гумусовых веществ почвы // Вестн. ТГУ. - 2005. - №15. - С. 160-162.
4. Кленов Б.М. , Гладков А. А., Альмендрос Г. Природа гумуса почв Баргузинской котловины в связи с их многообразием / Материалы II Международной научной конференции. Улан-Удэ, 20-25 июня 2011 г. Т.1. С. 75-76.
© Б.М. Кленов, 2012
