CC BY
89
' ПОЧВОВЕДЕНИЕ 1 „ и растениЕводст- J
И.Н. Савельева ОЦЕНКА ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВАРЬИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГУМУСНОГО И БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЗЕМОВ НАЗАРОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ*
Приведена сравнительная характеристика пространственного варьирования показателей содержания гумуса (Сум), его водорастворимых (Сн2о) и щелочерастворимых (Сыэoh) соединений, интенсивности выделения углекислоты («дыхания») и нитрификационной способности в техноземах и зональных почвах на территории Назаровской котловины. Установлено, что техногенные почвы, образованные рекультивацией на месте выработанных угольных разрезов, практически не отличаются по пространственному варьированию показателей гумусного и биологического состояния от зональных почв.
Ключевые слова: варьирование, содержание гумуса, техногенные почвы, рекультивация.
I.N. Savelyeva
THE EVALUATION OF THE SPATIAL VARIATION OF HUMUS AND BIOLOGICAL CONDITION INDICES OF TECHNOZEMS IN THE NAZAROV BASIN
The comparative characteristic of the spatial variation of the content indices of humus (Chum), its water-base (CH20) and alkali-soluble (Cnboh) combinations, the intensity of carbonic acid’s secretion (“breathing”) and the nitrification faculty in technozems and zonal soils on the territory of the Nazarov Basin is given. It is ascertained that man-caused soils formed by the revegetation at the place of the worked out coal cuts are not practically different from the zonal soils in the spatial variation of humus and biological condition indices.
Key words: variation, humus content, man-caused soil, revegetation.
Введение. При использовании нарушенных угольной промышленностью территорий под сельскохозяйственные и лесные культуры первостепенное значение имеет оценка уровня плодородия грунтоотвалов [20]. Современные методы оценки экологической эффективности биологической рекультивации земель строятся на использовании количественных показателей пространственного варьирования свойств почв, характеризующих гумусность, кислотность, засоленность, гранулометрический состав, емкость поглощения, мощность гумусового слоя, обогащенность азотом, биологическую активность, типы гумусовых кислот, их фракционный состав. Варьирование (изменчивость) - свойство почвенных показателей отличаться друг от друга даже в однородных группах. Знание варьирования того или иного свойства почвы необходимо для оценки и прогнозирования изменений почв в результате антропогенных изменений. При этом от варьирования изучаемого свойства зависит, как методика изучения динамики почвенных процессов, так и точность оценок и достоверность прогнозов. Вариабельность - количественное разнообразие выраженности свойств почвы при заданном уровне факторов почвообразования, т.е. природное (фундаментальное) свойство почвы количественно варьировать в относительно выровненных условиях [8]. Степень пространственной вариабельности почв зависит от почвообразовательных процессов и их баланса в пространстве и времени [7]. Различия в материнских породах, водном режиме, биологической активности и деятельности человека на фоне определенных климатических условий могут вызвать большие различия в почвах на близких расстояниях.
* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-ККФН (05-04-97704).
В результате рекультивации в плодородном слое почвы происходят значительные изменения параметров, характеризующих почвенное плодородие. Потенциальное плодородие почв определяется прежде всего количеством органического вещества. Совокупность различных форм, запасов, состава и свойств органического вещества, процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиле характеризуют гумусное состояние почв [4].
Цель настоящей работы - дать сравнительную характеристику пространственного варьирования показателей гумусного и биологического состояния техноземов и зональных почв на территории Назаровской котловины.
Объекты и методы исследований. Исследования проводились на нарушенных землях в зоне угольного разреза «Назаровский», расположенном в юго-восточной части Назаровской котловины. Объектами исследований являются техноземы Бестранспортного отвала (пастбище), Восточного (пашня, занятая пшеницей) и Сереженского (пастбище) гидроотвалов, прошедшие сельскохозяйственную рекультивацию, а также агрочернозем глинисто-иллювиальный (поле овса) и чернозем гидрометаморфизованный (пастбище на пойме р. Чулым) как контроль. Профили почв на отвалах являются искусственными образованиями (техноземы гумусово-аккумулятивные гумусогенные выщелоченные). Рекультивация заключалась в покрытии отвалов вскрышных пород гумусным горизонтом, снятым и складированным перед началом разработки угольного разреза. Таким образом, появляется насыпная почва (технозем). На каждом из рекультивированных отвалов и контрольных вариантов были заложены пробные площади, на которых в 10-кратной повторности в слоях 0-20 и 20-40 см отобраны пробы почв для определения показателей биологической активности, содержания, запасов гумуса и его подвижных форм.
Содержание гумуса (Сгум) в почвенных образцах определяли микрохромовым методом И.В. Тюрина: водорастворимого (Сн2о) - методом бихроматной окисляемости [2], щелочерастворимого (СNaoн) - в 0,1 н NaOH - вытяжке по И.В. Тюрину в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой. Биологическую активность почвы оценили по интенсивности выделения углекислоты («дыхание») лабораторным методом [10] и нитрификационной способности - по Кравкову [1].
Результаты и их обсуждение. Установлено, что рекультивированные почвы на отвалах характеризуются различным содержанием гумуса. Оно превышает или уступает таковому в зональных почвах (табл. 1).
Так, в техноземах Восточного гидроотвала содержится 4,45% гумуса (в углероде) в слое 0-20 см и 4,57% в слое 20-40 см, а коэффициент вариации 11-20%, что свидетельствует о незначительной изменчивости содержания гумуса. Очевидно, это связано с ежегодным перемешиванием поверхностного горизонта при обработке почвы и большей однородностью распределения возделываемой здесь полевой культуры (пшеницы). В техноземе, сформированном на Бестранспортном отвале, содержание гумуса увеличивается в 1,5 раза по сравнению с почвой на Восточном гидроотвале, одновременно увеличивается до среднего (35%) и даже высокого (58% в слое 20-40 см) его варьирование, что, по-видимому, объясняется неоднородностью травянистых растений (проективное покрытие не превышает 80%) и неравномерным поступлением опада в этот горизонт почвы. В результате вскрыши, транспортирования, гидравлического смыва породы гумусовый слой подвергался механическому воздействию и неоднократному перемешиванию и перекладыванию [18].
Таблица 1
Статистические характеристики содержания гумуса (С, %) в техноземах и зональных почвах
(2004, 2006 гг.)
У г о д ь я П. п. Название почвы Г лубина, см п Max-мin X Sx 5*, % S S2 V, %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
П а ш н я 2 п.п., Восточный гидроотвал Технозем 0-20 20 5,28-3,67 4,45 0,11 2,52 0,47 0,23 11
20-40 20 5,86-3,29 4,57 0,19 4,37 0,85 0,89 20
5 п.п., водораздел, пашня Агрочернозем глинисто- иллювиальный 0-20 20 6,09-5,42 5,75 0,05 0,81 0,21 0,04 4
20-40 20 5,52-1,27 3,00 0,27 9,10 1,22 1,49 41
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
П а с т б и щ е 3 п.п., Бестранспортный отвал Технозем 0-20 20 12,14-2,91 6,81 0,64 7,86 2,88 13,24 35
20-40 20 13,12-0,38 5,91 0,89 13,02 3,95 22,63 58
4 п.п., Сереженский гидроотвал Технозем 0-20 16 3,33-2,03 2,66 0,09 3,57 0,38 0,16 14
20-40 16 3,41-1,14 2,06 0,20 8,83 0,73 0,68 33
6 п.п., пойма Чулыма Чернозем гидрометамор-физованный 0-20 12 3,31-2,27 2,85 0,10 3,64 0,36 0,13 13
20-40 12 2,45-0,61 1,56 0,18 11,57 0,63 0,39 40
Примечание. Здесь и далее: n - объем выборки; X - средняя; S2 - дисперсия; S - стандартное отклонение; Sx - ошибка средней; Sx, % - относительная ошибка выборочной средней (точность); V, % - коэффициент вариации; Max - максимальная величина; Min - минимальная величина.
Специфическая техногенная дифференциация строения отвалов определяет высокую вариабельность химических и биологических свойств различных слоев вскрыши Назаровского угольного разреза. В техноземе на Сереженском гидроотвале содержание гумуса уменьшается в 1,7 раза по сравнению с почвой на Восточном гидроотвале, но его варьирование достоверно выше (14-33%) и говорит о средней изменчивости. Чернозем гидрометаморфизованный, занятый под пастбище и являющийся контролем по отношению к пастбищным тех-ноземам, по содержанию гумуса уступает технозему на Бестранспортном отвале, но сопоставим с техноземом Сереженского гидроотвала. Оптимизация водного режима и повышение микробиологической активности в условиях поймы усиливают процессы минерализации и гумификации растительных остатков в почве. Варьирование содержания гумуса в верхних слоях чернозема гидрометаморфизованного аналогично таковому на Сереженском гидроотвале и не выходит за пределы средней изменчивости (13-40%). Агрочернозем глинистоиллювиальный является преобладающей почвой на пахотных массивах Назаровской котловины. Он отличается высоким содержанием гумуса (5,75%). Варьирование содержания гумуса здесь резко увеличивается от незначительного (4%) в слое 0-20 см до высокого (41%) в слое 20-40 см, что обусловлено языковатым (кар-манистым) характером перехода гумусово-аккумулятивного горизонта в иллювиальный.
Для всех изученных вариантов рекультивированных (кроме технозема на Восточном гидроотвале) и зональных почв характерно убывание содержания гумуса вниз по профилю и увеличение его варьирования, что видимо связано с неравномерностью поступления и трансформации растительных остатков в этом горизонте почвы.
Наибольшее отклонение от среднего наблюдается в техноземе Бестранспортного отвала (пастбище). Кроме того, с глубиной на фоне уменьшения среднего содержания гумуса в техноземах обнаруживается расширение интервала между пределами 11^-1™ и увеличение дисперсии, коэффициент вариации достигает 58%. В зональных почвах вариабельность содержания гумуса также растет с глубиной, но варьирование не превышает 41 %.
Следовательно, специфика (своеобразие) условий формирования рекультивированных почв лежит в основе различных запасов гумуса в них. Максимальный запас гумуса наблюдается в горизонте 0-20 см на технозе-мах Бестранспортного отвала. Аккумуляция гумуса в верхнем слое исследуемых почв обусловлена невысокой интенсивностью развития минерализационных процессов и незначительным выносом органического вещества из профиля почвы [11]. В сравниваемом ряду рекультивированных почв самое низкое содержание и запас гумуса обнаруживается в гумусово-аккумулятивном горизонте технозема Сереженского гидроотвала.
По современным представлениям, гумус почвы по составу и способности к минерализации делится на подвижную часть (Спод.) и стабильную (Сстаб. гумуса). Установлено, что в гумусе всех изученных почв преобладают соединения, составляющие фонд стабильного гумуса, до 82%. Пул стабильного гумуса в пахотном тех-ноземе на Восточном гидроотвале и в агрочерноземе глинисто-иллювиальном превышает запасы подвижного в 3,7 и 2,9 раза, а в пастбищных техноземах на Бестранспортном отвале и на Сереженском гидроотвале в
1,9-4,6 раза. Доля стабильного гумуса в черноземе гидрометаморфизованном выше подвижного в 3 раза.
Подвижный гумус характеризуется углеродом гумусовых соединений, легко переходящих в растворимое состояние: водорастворимых (Сн2о) и щелочерастворимых (С 0,1 н Naoн). Эти соединения довольно быстро подвергаются минерализации и принимают непосредственное участие в круговороте углерода.
Водорастворимые органические соединения - это первоисточники гумусовых веществ и, как наиболее доступные, служат «затравочным» материалом для деятельности микроорганизмов [17]. Они представлены смесью органических кислот, аминокислот, углеводов, соединений типа гуминовых и фульвокислот. Количе-
ственные оценки Сн2о зависят от запасов Сгумуса в почвах. Как правило, чем выше величина Сгумуса, тем больше среднестатистическое значение Сн2о. Содержание Сн2о в изученных экосистемах невелико, но достаточно динамично (табл. 2).
Доля водорастворимых соединений в составе Сгумуса достигает в техноземе Восточного гидроотвала 1,5%, а в техноземах Бестранспортного отвала и Сереженского гидроотвала, занятых пастбищами, составляет 0,6—2,8%. В пахотном техноземе на Восточном гидроотвале содержание Сн2о в 1,9-2,9 раза меньше, чем в контрольном агрочерноземе глинисто-иллювиальном, а в техноземах, используемых под пастбище, наоборот, в 1,5—2,9 раза больше, чем на контрольном черноземе гидрометаморфизованном.
В целом водорастворимых соединений углерода в пахотном техноземе Восточного гидроотвала больше, чем в техноземе на пастбище Бестранспортного отвала, но меньше, чем почве на пастбище Сереженского гидроотвала. Это обусловлено меньшим поступлением надземных растительных остатков в почву Бестранспортного отвала. Вниз по профилю почв, кроме агрочернозема глинисто-иллювиального и технозе-ма на Сереженском гидроотвале, значения Сн2о уменьшаются. Наибольшие величины стандартного отклонения (23%), дисперсии (547-718%) и стандартной ошибки (5,23-5,36) характерны для горизонта 20-40 см технозема на Сереженском гидроотвале и агрочернозема глинисто-иллювиального. Среднестатистическое содержание Сн2о в исследуемых почвах в 2004 г. выше по сравнению с 2006 г., что, вероятно, связано с изменившимися гидротермическими условиями. Максимальное варьирование отмечено на пастбище чернозема гидрометаморфизованного (43-59%). При этом малая изменчивость наблюдается в техноземе на Сереженском гидроотвале и в агрочерноземе глинисто-иллювиальном в слое 0-20 см (15-16%). Стандартная ошибка варьирует в пределах 2,66-5,36% в изученных почвах.
Таблица 2
Статистические характеристики содержания водорастворимых соединений гумуса (Сн2о, мг/100 г)
в техноземах и зональных почвах (2004, 2006 гг.)
У г о д ь я П.п. Название почвы Глу- бина, см п* Мах- міп X Эх 5*, % Э S2 V, %
П а ш н я 2 п.п., Восточный гидроотвал Технозем 0-20 20 104,30- 40,85 66,70 4,04 7,40 18,07 336,22 33
20-40 20 94,60- 34,75 61,00 3,88 6,40 17,33 300,52 29
5 п.п., водораздел, пашня Агрочернозем глинисто-иллювиальный 0-20 20 159,30- 82,40 128,25 4,52 3,52 20,20 408,14 16
20-40 20 220,10- 125,40 177,78 5,23 2,94 23,38 546,60 13
П а с т б и щ е 3 п.п., Бестранспортный отвал Технозем 0-20 20 67,80- 17,45 38,57 3,01 7,31 13,42 229,50 33
20-40 20 62,25- 12,05 35,11 2,99 8,56 13,37 183,99 38
4 п.п., Сереженский гидроотвал Технозем 0-20 16 90,05- 58,30 74,34 2,66 3,63 11,16 162,83 15
20-40 16 133,30- 42,60 75,72 5,36 7,26 22,72 718,32 31
6 п.п., пойма Чулыма Чернозем гидрометамор-физованный 0-20 12 53,70- 12,00 25,88 4,43 17,10 15,31 234,45 59
20-40 12 41,70- 12,00 23,87 2,93 12,29 10,15 102,99 43
Подавляющую часть подвижного гумуса составляют соединения, извлекаемые 0,1 н №04. Щелочерастворимые органические соединения (Сиаон) являются уже продуктами гумификации и рассматриваются как «молодые» гумусовые кислоты [17].
Доля щелочегидролизуемых соединений гумуса в ряду техноземов достигает максимальной величины в пастбищном массиве на Бестранспортном отвале (40%), что в 2 раза больше, чем в техноземе Сере-
женского гидроотвала, занятого под пастбище, и пахотном техноземе на Восточном гидроотвале (табл. 3). Доля Сиаои в составе Сгумуса в черноземе гидрометаморфизованном меньше, чем в техноземе Бестранспортного отвала, но больше, чем на Сереженском гидроотвале. Количество Сиаон в слое 20-40 см в пахотном техноземе на Восточном гидроотвале и агрочерноземе сопоставимо (800-892 мг/100г). Близки между собой по значениям Сиаон техноземы Восточного и Сереженского гидроотвалов (18-19% от Сгумуса) и зональные почвы (25-27%). Эти особенности обусловлены неодинаковыми запасами и различной динамикой разложения растительных остатков, отличающихся по биохимическому составу, в частности, соотношению С:1\1.
Наибольшее содержание гумусовых веществ, растворимых в 0,1 н №ОН, среди изученных почв отмечено также в поверхностных слоях почвы на пастбище Бестранспортного отвала, которое составляет 2307-2901 мг/100г (в среднем 2604). Эта величина превышает таковую в пахотном техноземе на Восточном гидроотвале и зональном агрочерноземе (табл. 3). Минимальное количество Сиаон наблюдается на техноземе Сереженского гидроотвала, варьирует в пределах 302-557 мг/100г.
Таким образом, снижение концентрации углерода щелочегидролизуемых продуктов гумуса в интенсивно используемых почвах выражено гораздо сильнее по сравнению с изменением содержания водорастворимых соединений. Это связано с тем, что в агроценозах все растительные остатки довольно быстро попадают в почву и, разлагаясь, образуют там пул водорастворимых гумусовых веществ. С другой стороны, из-за общей нехватки растительных остатков эти вещества быстро минерализуются. Далее процесс минерализации захватывает и щелочегидролизуемые продукты гумуса. Иначе говоря, в процессах разложения растительных остатков на пашне компенсируется пул Сн2о, но не пополняется пул Сиаон.
Вниз по профилю исследуемых почв, кроме технозема на Бестранспортном отвале, содержание С\аон уменьшается. Коэффициент вариации, наоборот, увеличивается и достигает максимума на техноземе Бестранспортного отвала - 64%. Варьирование в зональных почвах не превышает 42%. Значения стандартного отклонения и ошибки средней также очень велики для поверхностных слоев почвы на пастбище Бестранспортного отвала, что является следствием неупорядоченного наложения гумусового горизонта в процессе рекультивации. Расширение интервала между пределами тах-т1п с глубиной увеличивается на всех почвах и достигает наибольших значений в агрочерноземе глинисто-иллювиальном. Точность полученных результатов варьирует в пределах 2-14%.
Таблица 3
Статистические характеристики содержания щелочногидролизуемых соединений гумуса (СNaoн, мг/100 г) в техноземах и зональных почвах (2004, 2006 гг.)
У г о д ь я П. п. Название почвы Глубина, см п* Мах-міп X Эх Эх, % Э V, %
П а ш н я 2 п.п., Восточный гидроотвал Технозем 0-20 20 1109,35-692,25 868,96 30,69 3,84 137,16 17
20-40 20 1222,80-546,45 800,45 47,73 5,77 213,35 26
5 п.п., водораздел, пашня Агрочерно- зем глинисто- иллювиаль- ный 0-20 20 1665,60-780,20 1360,93 55,46 4,08 247,92 18
20-40 20 1509,40-155,30 892,22 84,38 9,46 377,18 42
П а с т б и 3 п.п., Бестранспортный отвал Технозем 0-20 20 4590,70-753,10 2304,12 253,06 9,50 1131,16 43
20-40 20 6866,70-631,90 2737,36 427,14 14,29 1909,32 64
4 п.п., Сереженский гидроотвал Технозем 0-20 16 772,30-396,00 556,61 26,40 4,75 109,47 20
20-40 16 597,30-148,40 301,88 39,44 12,41 147,64 48
щ
е
6 п.п., пойма Чулыма
Чернозем
гидромета-
мор-
физованный
0-20 12 758,60-583,30 689,75 14,19 2,06 49,09 7
20-40 12 533,20-232,70 403,83 31,30 7,75 108,29 27
Анализ полученных данных указывает на то, что антропогенное воздействие приводит к значительному сокращению подвижной части органического вещества, особенно щелочегидролизуемых продуктов, что подтверждают исследования других ученых [19; 15-16].
Обеспеченность растений необходимыми элементами питания зависит не только от общих запасов, но и от скорости превращения трудно- и легкогидролизуемых соединений гумуса в доступную для растений форму. Последнее определяется, как правило, интенсивностью биологических процессов в почве. Способность почв продуцировать углекислоту, как в естественных, так и лабораторных условиях, отражает общий уровень биологических процессов в почве, являясь одним из показателей плодородия.
Обратимся к полученным данным (табл. 4). Наиболее высокой биологической активностью отличается зональная почва - агрочернозем глинисто-иллювиальный, продуцирование углекислоты в котором достигает 21 мг на 10 г почвы за 24 часа. В этом довольно четко проявляется зависимость между содержанием гумуса в почве и количеством продуцируемой кислоты: чем богаче почва органическим веществом, тем больше углекислоты образуется в ее толще и выделяется с поверхности.
Способность почв образовывать углекислоту ослабевает в слое 20-40 см практически во всех вариантах, что соответствует данным [13]. Это обусловлено тем, что верхние горизонты почв лучше обеспечены энергетическим материалом, поскольку в них сосредоточена основная масса корней травянистых растений и, кроме того, поверхностные слои находятся в тесном контакте с более активной в биологическом отношении подстилкой, что положительно сказывается на напряженности биологических процессов в почве.
Вовлечение почвы Восточного гидроотвала в сельскохозяйственное использование активизирует продуцирование углекислоты и способствует наблюдаемому развитию процесса вглубь по профилю, что подтверждается исследованиями [9].
Таблица 4
Статистические характеристики интенсивности продуцирования СО2, мг/10г за 24 часа (2004, 2006 гг.)
У г о д ь я П. п. Название почвы Глубина, см п* Мах-міп X Эх Эх, % Э S2 V, %
П а ш н я 2 п.п., Восточный гидроотвал Технозем 0-20 20 16,73-11,93 14,86 0,34 2,17 1,49 2,62 10
20-40 20 19,08-9,35 15,23 0,64 4,20 2,84 8,57 19
5 п.п., водораздел, пашня Агрочерно- зем глинисто- иллюви- альный 0-20 20 22,55-16,85 20,55 0,36 1,77 1,62 2,64 8
20-40 20 13,85-4,05 7,80 0,68 8,67 3,02 9,14 39
П а с т б и щ 3 п.п., Бестранспортный отвал Технозем 0-20 20 12,38-3,80 7,88 0,55 7,55 2,42 5,87 34
20-40 20 7,53-1,38 3,98 0,44 12,83 1,94 3,78 57
4 п.п., Сереженский гидроотвал Технозем 0-20 16 20,55-11,90 14,94 0,65 4,42 2,66 7,76 18
20-40 16 15,45-4,88 9,37 0,94 9,79 3,58 13,30 38
6 п.п., пойма Чернозем гидроме- 0-20 12 20,00-13,75 17,43 0,60 3,44 2,08 4,31 12
е Чулыма тамор-
физован- 20-40 12 13,30-5,40 10,11 0,74 7,29 2,55 6,51 25
ный
Кроме того, мелкие агрегаты почвы Восточного гидроотвала отличаются повышенной способностью образовывать углекислоту по сравнению с более крупными в других техноземах. Высокими, близкими к зональным почвам, показателями характеризуются техноземы Восточного (2004 г.) и Сереженского (2006 г.) гидроотвалов (16,34-15,65 мг/10 г). А вот технозем на Бестранспортном отвале отличается слабой биологической активностью, согласно шкале оценки БАП. Это, вероятно, является следствием, несмотря на самое высокое содержание в нем гумуса, не только действия почвенных и погодных условий, но и физиологического состояния растений и микробных сообществ, видового состава (злаково-разнотравный фитоценоз) и густоты растительного покрова. Другие авторы также отмечают связь между температурой, влажностью почв и выделением СО2 [6; 12].
В целом биологическая активность исследованных почв очень динамична. В 2006 г. она выше, чем в 2004 г., что может быть связано с изменившимися гидротермическими условиями.
Следует отметить, что по данным 2006 г. биологическая активность в техноземе и черноземе гидро-метаморфизованном, используемых как пастбищные угодья, была в 1,3-1,4 раза выше, чем в других почвах. Это обусловлено большим количеством растительных остатков, поступающих в почву этих экосистем, по сравнению с пахотными угодьями на техноземе, где происходит отчуждение органического вещества с сельскохозяйственной продукцией. А в 2004 г., напротив, в агроценозе пшеницы на техноземе Восточного гидроотвала и в агроценозе овса на зональном агрочерноземе глинисто-иллювиальном биологическая активность в 1,1-1,4 раза выше по сравнению с пастбищем Сереженского гидроотвала. Это противоречит данным некоторых исследователей [5], утверждающих, что биогенность естественных (ненарушенных) почв в среднем в 5 раз выше, чем пахотных. Кроме того, в почву агроценозов поступает в 2 раза меньше растительных остатков, чем в природных экосистемах.
Резкие колебания температуры и влажности почв, свойственные резко континентальному климату На-заровской котловины, обусловливают высокую вариабельность эмиссии СО2. Наибольшее отклонение от среднего характерно для гидроотвалов, причем в горизонте 20-40 см (3,56-4,30). В остальных вариантах величина стандартного отклонения варьирует в пределах 0,86-3,50%. Стандартная ошибка достигает максимума на пастбище Сереженского гидроотвала (1,24%). Точность результатов в среднем соответствует удовлетворительным показателям. Разница в минимальных и максимальных значениях варьирует значительно. Коэффициент варьирования здесь характеризуется в основном средней изменчивостью (24-39%), на Бестранспортном отвале - высокой (43-77%), в остальных случаях - незначительной изменчивостью (<10%).
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о неодинаковой биологической активности изучаемых почв. Можно констатировать, что техноземы Назаровского угольного разреза по биологической активности незначительно уступают зональным почвам. Уровень биологических процессов в них способствует реализации потенциального плодородия, что позволяет считать питательный режим данных почв хорошим.
Однако обращает на себя внимание резкое различие изученных почв по их способности накапливать нитратный азот. Как видим (табл. 5), процессы мобилизации нитратного азота в почвах с наибольшей активностью протекают только в верхней части гумусового горизонта, что является типичным для данных условий.
Весь 0-40 см слой технозема на Восточном гидроотвале, используемый как пахотная почва (агроценоз пшеницы), отличается высокой нитрификационной способностью (14,8 мг N-N03 на 1 кг почвы в слое 0-20 см и 8,85 мг N-N03 на 1 кг почвы на глубине 20-40 см).
Интенсивное накопление нитратов наблюдается в зональном агрочерноземе - 16 мг N-N03 на 1 кг почвы в слое 0-20 см. Но с глубиной нитрификационная способность в этой почве уменьшается гораздо быстрее, чем в пахотном техноземе. Высокая интенсивность нитрификационных процессов в агроценозе овса на зональном агрочерноземе глинисто-иллювиальном и в агроценозе пшеницы на Восточном гидроотвале связана с хорошей обеспеченностью их органическими остатками и гумусом, высокой степенью насыщенности основаниями, повышенной биогенностью почвы, благоприятной реакцией среды.
Таблица 5
Статистические характеристики нитрификационной способности, мг/кг
У г о д ь я П. п. Название почвы Г лубина, см п* Мах-міп X Эх 5*, % Э S2 V, %
П а ш н я 2 п.п., Восточный гидроотвал Технозем 0-20 20 22,05-8,80 14,79 1,70 12,61 4,79 26,33 36
20-40 20 15,95-3,90 8,85 1,16 16,01 3,65 13,36 51
5 п.п., водораздел, пашня Агрочернозем глинисто- иллювиальный 0-20 10 21,30-11,50 15,73 1,07 6,79 3,37 11,38 21
20-40 10 7,20-1,60 3,93 0,63 15,98 1,98 3,94 51
П а с т б и щ е 3 п.п., Бестранспортный отвал Технозем 0-20 20 14,55-1,10 4,40 1,33 27,61 4,20 23,28 87
20-40 20 9,35-0,45 3,03 1,09 25,86 3,27 20,25 78
4 п.п., Сереженский гидроотвал Технозем 0-20 16 17,40-4,20 9,44 1,42 14,45 4,48 25,51 46
20-40 16 5,15-0,75 2,50 0,48 17,82 1,53 3,24 56
6 п.п., пойма Чулыма Чернозем гидрометаморфизованный 0-20 6 3,40-2,20 2,97 0,13 4,35 0,41 0,17 14
20-40 6 3,20-0,80 1,63 0,30 18,57 0,96 0,92 59
Образование нитратов на пастбищах в техноземах Сереженского гидроотвала и Бестранспортного отвала происходит значительно слабее, чем в рассмотренных выше агроценозах. В ряду техноземов от Сереженского гидроотвала к Бестранспортному отвалу количество образовавшихся нитратов уменьшается и не превышает 9 мг N-N03 на 1 кг почвы. Вниз по профилю нитрификационная способность этих почв резко снижается, что связано с более низким содержанием гумуса, со слабощелочной реакцией среды. Накопление нитратов в поверхностном горизонте пастбищной почвы на Сереженском гидроотвале в 2004 г. почти в 3 раза выше, чем в 2006 г. Оно сопоставимо с агроценозами на техноземе и зональном агрочерноземе, что, вероятно, связано с большим содержанием гумуса, с различными гидротермическими условиями в годы наблюдений, обусловившими неодинаковую интенсивность биологической активности.
Самые низкие показатели нитрификационной способности отмечены на пастбище в черноземе гидро-метаморфизованном, где даже в поверхностном горизонте образуется всего 2,97 мг N-N03/100 г почвы. Прежде всего это связано с особенностями гидротермического режима этой почвы, замедляющими нитри-фикационный процесс.
Для всех вариантов общим является уменьшение нитрификационной способности с глубиной, что согласуется с распределением гумуса и снижением биогенности почв. Однако количество нитратов с глубиной уменьшается более резко, чем падает содержание гумуса. Обращает на себя внимание и тот факт, что в рядом расположенных слоях, имеющих близкое содержание гумуса, нитрификационная способность в подстилающем слое более низкая, чем в верхнем. Это говорит о том, что наряду с содержанием гумуса и изменением численности микроорганизмов, биологической активностью с глубиной изменяются и какие-то другие условия, влияющие на проявление азотмобилизирующей способности почвы. Эту особенность отмечают и [11].
Выявлено очень высокое варьирование нитрификационной способности технозема Бестранспортного отвала (78-87%), что связано с меньшей выровненностью поверхности почвы, наличием микробугров и микропонижений, что, в свою очередь, определяет изменчивость мощности гумусово-аккумулятивного горизонта. Небольшой изменчивостью характеризуется чернозем гидрометаморфизованный (14%). Наибольшие стандартное отклонение от средней величины и дисперсия наблюдаются на техноземе Восточного гидроот-
вала, что также является следствием неоднородности микрорельефа. Стандартная ошибка полученных результатов не превышает 1,7.
Некоторые исследователи используют данные нитрификационной способности для определения обеспеченности почв доступным для растений азотом [14]. Но, по мнению большинства ученых, определение нитрификационной способности почв больше отражает мобилизационную возможность органических соединений азота [3].
Анализ полученных данных указывает на то, что техногенные почвы, образованные рекультивацией на месте выработанных угольных разрезов, практически не отличаются по пространственному варьированию показателей гумусного и биологического состояния от зональных почв.
Литература
1. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
2. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. - М.: Изд-во МГУ,
1970. - 489 с.
3. Гамзиков, Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири / Г.П. Гамзиков. - М.: Наука, 1981. - 266 с.
4. Гришина, Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв / Л.А. Гоишина. - М.: Изд-во МГУ, 1986.
- 243 с.
5. Демкина, Т.С. Сравнительная оценка почв по активности продуцирования СО2 / Т.С. Демкина, Н.Д. Ананьева, Д.Б. Орлинский // Почвоведение. - 1997. - №5. - С.564-569.
6. Оценка дыхания почв России / В.Н. Кудеяров, В.И. Хакимов, Н.Ф. Деева [и др.] // Почвоведение. -1995. - №1. - С. 33-42.
7. Михеева, И.В. Вероятностно-статистические модели свойств почв (на примере каштановых почв Ку-лундинской степи) / И.В. Михеева. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. - 200 с.
8. Михеева, И.В. Статистическая характеристика "формулы" гранулометрического состава / И.В. Михеева, Е.Д. Кузьмина // Почвоведение. - 2000. - №7. - С.818-828.
9. Наумов, А.В. Сезонная динамика и интенсивность выделения СО2 в почвах Сибири / А.В. Наумов // Почвоведение. - 1994. - №12. - С. 77-83.
10. Оганов, Г.М. Лабораторное определение биологической активности почв / Г.М. Оганов // Почвоведение. - 1962. - №9. - С. 110-111.
11. Пигарева, Н.Н. Агрохимия почв криолитозоны Забайкалья / Н.Н. Пигарева, В.М. Корсунов. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. - 204 с.
12. Помазкина, Л.В. Эмиссия СО2 из разных типов почв лесостепи Прибайкалья / Л.В. Помазкина, Е.В. Лубнина, Н.П. Лесных // Почвоведение. - 1998. - №7. - С. 876-882.
13. Попова, Э.П. Биологическая активность и азотный режим почв Красноярской лесостепи / Э.П. Попова, Я.И. Лубите. - Красноярск, 1975. - 272 с.
14. Рюмин, Н.П. Сравнение некоторых методов определения подвижного азота в дерново-подзолистой почве / Н.П. Рюмин, В.А. Поляков // Химия в сельском хозяйстве. - 1970. - Т. 8. - №10. - С. 69-71.
15. Титлянова, А.А. Изменение круговорота углерода в связи с различным использованием земель (на примере Красноярского края) / А.А. Титлянова, В.В. Чупрова // Почвоведение. - 2003. - №2. - С. 211-219.
16. Запасы и динамика легкоминерализуемой фракции органического вещества в почвах Средней Сибири / В.В. Чупрова, И.В. Люкшина, А.А. Белоусов [и др.] // Вестн. КрасГАУ. - 2003. - Вып. 3. - С. 65-73.
17. Чупрова, В.В. Углерод и азот в агроэкосистемах Средней Сибири / В.В. Чупрова. - Красноярск: Изд-во КГУ, 1997. - 166 с.
18. Чупрова, В.В. Особенности макроморфогенеза почв на отвалах угольных разрезов Назаровской котловины / В.В. Чупрова, Л.С. Шугалей // Вестн. КрасГАУ. - 2007. - №1. - С. 61-70.
19. Шапошникова, И.М. Изменение органического вещества почв при их сельскохозяйственном использовании / И.М. Шапошникова, А.А. Новиков // Почвоведение. - 1986. - №8. - С. 58-62.
20. Шугалей, Л.С. Биологическая рекультивация нарушенных земель КАТЭКа / Л.С. Шугалей, Г.И. Яши-хин, В.К. Дмитриенко. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 1996. - 186 с.
'--------♦-----------
