CC BY
18
Оценка состава органического вещества осушаемых торфяных почв Северного Зауралья
А.С. Моторин, д.с.-х.н., профессор, А.В. Игловиков,
к.с.-х.н., ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Рациональное использование торфа должно основываться на глубоком знании его природы, закономерностей проявления физико-химических и других свойств [1, 2]. Групповой состав органического вещества торфяных почв определяет многие их агропроизводственные свойства. От этого существенным образом зависят водно-воздушные свойства, буферность, ёмкость ионного обмена и потенциальные возможности обеспечения подвижными формами питательных веществ, освобождаемых в процессе минерализации органического вещества [3—5]. От состава органической массы торфа зависит устойчивость к биохимической и химической деградации, что позволяет прогнозировать процессы эрозии и скорость минерализации торфяных почв [6]. Органическая масса торфа имеет сложный и разнородный химический состав. В него входят группы органических соединений, слагающих исходное растительное вещество [7]. В процессе торфообразования, кроме того, формируются новые специфические вещества под общим названием гумусовые вещества, которые разделяются на гуминовые и фульвокислоты [8]. Химический состав растений-торфообразователей оказывает решающее влияние на состав торфа [9—12].
Влияние осушения и сельскохозяйственного использования на групповой состав торфяных почв Северного Зауралья изучено недостаточно.
Цель исследования — изучить групповой состав осушаемых среднемощных торфяных почв Северного Зауралья при сельскохозяйственном использовании.
Материал и методы исследования. Исследование проводили на низинных болотах (Ернякуль, Усальское) подтаёжной зоны Тюменской области.
Болото Ернякуль площадью 11 тыс. га расположено в Юргинском районе на водоразделе рек Тобола и Вагая. Осушение проведено на площади 2400 га сетью открытых каналов глубиной 1,5—1,7 м с расстоянием между ними 200 и 400 м.
Первые два года после осушения возделывались однолетние травы (горохо-овсяная смесь). Затем было проведено залужение многолетними травами (кострецом безостым и овсяницей луговой). Почвенный разрез для отбора образцов закладывали на пятый год после осушения.
Опытный дренажный участок Усалка составляет часть осушительной системы площадью 1300 га, водосбор которой занимает восточную окраину болота Усальское.
Болото Усальское залегает на второй надпойменной озёрно-аллювиальной террасе левобережья
реки Тобола. Исследование проводили на участке гончарного дренажа, заложенного с параметрами: глубина — 1,5 м, междренное расстояние — 30 м. После двухлетнего возделывания овса на зелёный корм был проведён беспокровный посев костреца безостого. Почвенные образцы отбирали в разрезе на пятый год после осушения.
Групповой состав органического вещества торфа исследовали по модифицированной методике «Инсторфа» [8].
Результаты исследования. При групповом анализе органического вещества торфов по методике «Инсторфа» под термином «битумы» понимается совокупность веществ, извлекаемых спиртобензо-лом (1:1), в состав которых входят воск, смолы, липиды и сопутствующие им соединения. Все они в той или иной мере обладают связующими свойствами и гидрофобностью. Количество их в среднемощной торфяной почве болота Ернякуль под многолетними травами составляет от 6,2 до 8,1%, но наиболее часто — в пределах 6,2—6,8%. При этом не обнаруживается связи с ботаническим составом и степенью разложения торфа (табл.).
В торфе типичных видов центральной части Западной Сибири содержание битумов в основном составляет 3—4% [12]. Низинный торф с повышенным содержанием битумов (более 5%) встречается редко, а в условиях Зауралья такой выход битумов наблюдается у 70% образцов [10].
В водорастворимые и легкогидролизуемые вещества входят различные органические соединения: пентозы, уроновые кислоты, гексозы. Содержание их может варьировать от 6,9 до 63% [7]. Использованная нами схема анализа предполагает раздельное определение веществ, гидролизуемых водой при температуре 100°С и 2-процентной соляной кислотой. Результаты исследования показали, что наиболее лабильная часть гидролизуемых соединений, представленная группой веществ, растворимых в горячей воде, составляла небольшую долю (3,4-5,5%).
Содержание в торфе веществ, гидролизуемых 2-процентной Н^, было достаточно высокое. Оно колебалось в пределах 27,0-31,8%. Определённой зависимости содержания легкогидролизуемых соединений от ботанического вида и степени разложения не наблюдалось. По-видимому, гидроли-зуемые кислотой вещества представлены преимущественно лабильными углеводами. Количество гемицеллюлоз в их составе достигало 15,7-17,1%. От общего количества их доля колебалась в пределах от 53,8 до 57,8%.
Гуминовые и фульвокислоты представляют собой наиболее специфическую часть соединений торфа. На их долю приходится 44,1-54,0% орга-
Групповой состав органического вещества среднемощной торфяной
почвы под многолетними травами
В процентах на абсолютно сухой торф
Глубина, см битумы водорастворимые и легкогидролизуемые при 100°С гидролизуемые 2% НСЬ гуминовые кислоты фульвокислоты трудногидролизуемые 80% Н2Б04 лигнин
в том числе в том числе в том числе
гемицеллюлоза гемицеллюлоза гемицеллюлоза
Болото Ернякуль
0-20 6,81 4,32 сл. 29,30 16,69 31,21 18,87 2,63 1,66 4,38
20-40 6,20 5,21 сл. 31,81 17,07 30,31 18,23 2,96 1,74 5,46
40-60 6,88 3,44 сл. 26,96 16,78 34,67 17,81 2,62 1,37 3,96
60-80 7,50 5,50 сл. 27,15 15,75 34,55 18,16 2,44 1,35 3,98
80-100 8,09 3,22 сл. 27,21 16,55 35,76 18,12 2,75 1,76 4,58
Болото Усальское
0-20 4,09 4,11 сл. 34,56 13,89 36,22 10,62 1,83 0,84 5,21
20-40 4,09 5,28 отс. 35,06 14,98 34,43 14,40 1,93 0,76 5,38
40-60 4,66 2,85 сл. 36,65 14,73 38,07 10,39 2,10 0,88 5,99
60-80 4,27 2,31 отс. 25,35 16,47 40,63 6,95 2,46 1,43 4,84
80-100 3,92 1,89 отс. 28,76 15,81 39,03 11,52 3,61 2,23 5,00
нической части торфа. При сельскохозяйственном использовании они играют первостепенную роль, т.к. обуславливают многие своеобразные свойства торфа. В торфе с болота Ернякуль прямым путём определялось только содержание гуминовых кислот (ГК). Фульвокислоты (ФК) вычислялись лишь по разнице. Минимальное количество ГК содержалось в шейхцериевом торфе (31,2%), со степенью разложения 10—15%, и осоковом, соответственно 30,3 и 25,0%. Вниз по профилю торфяной почвы степень разложения торфа увеличивалась до 30—45%, а содержание гуминовых кислот — до 34,5—35,8%. Среднее содержание ГК и ФК в торфе центральной части Западной Сибири составляло 32 и 15% [12]. В торфе, обследованном нами, содержание фульвокислот находилось в пределах 17,8—18,9%. Полученные данные позволяют сделать вывод, что торф Зауралья отличается более высоким содержанием фульвокислот.
Суммарное содержание гумусовых веществ составляло приблизительно половину от массы всей органической части сухого торфа. При этом соотношение между содержанием гуминовых и фульвокислот колебалось в пределах 1,6—2,0, среднее значение 1,8. При низкой степени разложения торфа (15—25%) соотношение ГК и ФК было равно 1,6—1,7, т.е. практически не различалось. С увеличением степени разложения торфа до 35—45% соотношение возрастало до 1,9—2,0, что свидетельствовало о росте на 15,1 — 19,4%. В условиях Томской области с увеличением степени разложения в торфе количество углеводов уменьшается, а ГК увеличивается [10].
Соединения, трудногидролизуемые кислотами, представлены в торфе в значительной степени целлюлозой, их доля составляет 52,3—64,0%. В исследованном торфе содержание этой группы веществ не превышало 2,4—2,7% и не обнаружи-
валась связь с другими компонентами торфа. Торф при одинаковом ботаническом составе с увеличением степени разложения содержит меньше труд-ногидролизуемых соединений. В Томской области низкое содержание трудногидролизуемых веществ отмечалось в торфе, обогащённом древесными остатками, высоким содержанием доли мха [12]. В исследованных образцах повышенное количество (3,1%) этой группы веществ также содержится в торфе с высоким процентом содержания мха [7].
Остаток, не подвергающийся гидролизу 80-процентной серной кислотой, принято считать лигнином. Лигнин является основным источником ароматических структурных единиц для формирования биохимически устойчивого ароматического ядра гуминовых кислот. Чем больше в растениях-торфообразователях лигнина, тем больше гуминовых кислот образуется в торфе и наоборот [1]. Количество лигнина (4—5,5%) во всех исследованных образцах торфа с болота Ернякуль оказалось больше в 1,5—1,7 раза, чем содержание целлюлозы. Колебания в содержании лигнина по профилю почвы укладываются в интервал 1,5—1,8%. Количество негидролизуемого остатка (лигнина) может доходить до 26% [12]. Связь между не-гидролизуемым остатком и зольностью высокая (г = 0,74). Увеличение негидролизуемого остатка часто согласуется с уменьшением трудногидроли-зуемых соединений.
На объекте Усалка торф в слое 0,6 м сформирован осоками, тростником; далее вниз по профилю почвы — главным образом гипновыми мхами. Степень разложения осоково-тростникового торфа составляет 35—40%. С глубины 0,6 м она резко снижается и колеблется в пределах 15—20%. Анализ экспериментальных данных показывает, что содержание битумов в торфе на объекте Усалка почти не изменяется по профилю почвы
и находится в пределах 3,9—4,7% (табл.). Связь со степенью разложения и ботаническим составом не обнаруживается. Это на 2,9% меньше, чем в торфе с болота Ернякуль (7,1%).
Максимальное количество (4,1—5,3%) водорастворимых и легкогидролизуемых при 100°С органических соединений сосредоточено в слое 0,4 м. Вниз по профилю торфяной почвы их количество резко снижается и на глубине 0,8—1,0 м достигает минимальной величины — 1,9%. Можно полагать, что резко дифференцированное наличие водорастворимых веществ в торфяной почве обусловлено прежде всего типом водного питания болота. В качестве подтверждения можно привести данные по торфу с болота Ернякуль. Здесь различия по содержанию водорастворимых веществ по профилю почвы значительно меньше. Болото имеет атмосферно-намывной тип водного питания, и грунтовые воды в тёплый период залегают на глубине более 1,0 м.
Определение в образцах торфа с болота Усаль-ское веществ, гидролизуемых 2-процентной HCL, показало достаточно высокое их содержание. Среднее количество данных веществ для всего метрового слоя почвы равнялось 32,1%, что больше на 3,6%, чем в торфе с болота Ернякуль. Возможная причина — различия в ботаническом составе и степени разложения торфа на рассматриваемых объектах. Следует отметить повышенное содержание данной группы веществ в слое 0,6 м и очень слабое варьирование. Начиная с глубины 0,6 м содержание гидролизуемых 2-процентной HCL веществ снижается до 25,3—28,8%, т.е. на 8,3%. Доля гемицеллюлозы от общего количества веществ, гидролизуемых 2-процентной HCL, в слое 0,6 м составляет 40,2—42,7%. По сравнению с торфом на болоте Ернякуль это меньше соответственно на 13,5—19,5%. Вниз по профилю почвы, до глубины 1,0 м, доля гемицеллюлозы увеличивается до 55—65%, что практически не отличается от значения показателя на болоте Ернякуль. Сравнительный анализ результатов по двум объектам даёт основание утверждать об отсутствии связи рассматриваемой группы веществ с ботаническим составом и степенью разложения торфа.
Доля гуминовых и фульвокислот в органической части торфа с болота Усальское составляет в метровом слое 48,7%. При этом соотношение между содержанием гуминовых и фульвокислот колеблется в пределах 1,5—1,8. Максимальное количество ГК (32,7%) обнаружено на глубине 0,8 м в гипновом типе торфа. Это на 4,7% больше, чем в слое 0,4 м осоково-тростникового типа торфа. Сравнительный анализ показывает, что в торфе с болота Ернякуль в метровом слое гуминовых кислот содержится на 3,0% больше, чем в торфе на болоте Усальское. Количество фульвокислот существенно также различается, составляя соответственно 10,8 и 18,2%. Повышенное содержание
гуминовых кислот в торфе с болота Ернякуль, вероятно, обусловлено несколькими факторами: во-первых, более интенсивным режимом осушения; во-вторых, повышением биологической активности за счёт обработки почвы и использования минеральных удобрений.
Трудногидролизуемые кислотами соединения представлены в торфе с болота Усальское в значительной степени целлюлозой (39,4-61,8%). В исследованных образцах торфа общее содержание этой группы веществ составляет 1,8-3,6%. Самое низкое содержание трудногидролизуемых кислотами веществ (1,9%) установлено в слое 0,6 м осоково-тростникового торфа. В осоково-гипно-вом торфе их количество увеличивается до 2,5% (26,1%). Максимальное наличие зафиксировано в слое 0,8-1,0 м гипнового типа торфа, которое составило 3,6%. Аналогичная ситуация просматривается и по содержанию гемицеллюлозы.
Количество лигнина в метровом слое почвы равно 4,2%, что в 4,5 раза больше, чем целлюлозы. По сравнению с торфом с болота Ернякуль содержание лигнина в образцах с болота Усальское существенно меньше, где его количество в слое 1,0 м, и составляет 5,3%.
Выводы. 1. Количество битумов в осоково-тростниковом торфе болота Ернякуль наиболее часто составляет 6,2-6,8%. На болоте Усальское их количество находится в пределах 3,9-4,7%. Содержание битумов слабо изменяется по профилю почвы и не обнаруживает связи с ботаническим составом и степенью разложения торфа.
2. На болоте Ернякуль наиболее лабильная часть гидролизуемых соединений, представленная группой веществ, растворимых в горячей воде, составляет небольшую долю (3,4-5,5%). Зависимость между ботаническим составом и степенью разложения торфа отсутствует.
В осоково-тростниковом торфе с болота Усальское максимальное количество (4,1-5,3%) водорастворимых органических соединений сосредоточено в слое 0,4 м. Вниз по профилю почвы их содержание резко снижается и достигает минимальной величины 1,9% на глубине 1,0 м в гипновом типе торфа.
3. Содержание в торфе с болота Ернякуль веществ, гидролизуемых 2-процентной НС1, колеблется в пределах 27,0-31,8%. Гидролизуемые кислотой вещества представлены преимущественно углеводами. Количество гемицеллюлоз в их составе достигает 15,7-17,1%.
На болоте Усальское среднее количество веществ, гидролизуемых 2-процентной НС1, в метровом слое торфа больше на 3,6%, чем на болоте Ернякуль.
4. В торфе с болота Ернякуль минимальное количество гуминовых кислот (31,2%) содержится в шейхцериевом типе торфа со степенью разложения 10-15% и осоковом - соответственно 30,3 и
25,0%. Вниз по профилю торфяной почвы степень разложения торфа увеличивается до 35-45%, а содержание гуминовых кислот - до 34,5-35,8%. Содержание фульвокислот находится в пределах 17,8-18,9%. При степени разложения торфа 15-25% соотношение ГК и ФК составляет 1,6-1,7, с увеличением до 35-45% соотношение возрастает до 1,9-2,0.
5. На болоте Усальское максимальное количество гуминовых кислот (32,7%) обнаружено на глубине 0,8-1,0 м в гипновом типе торфа. Это на 4,7% больше, чем в слое 0,4 м осоково-тростникового торфа. В метровом слое почвы соотношение гуминовых и фульвокислот изменяется в пределах 1,5-1,8.
6. Содержание трудногидролизуемых кислотами веществ в торфе с болота Ернякуль не превышает 2,4-2,7%; на 52,3-64,6% оно представлено целлюлозой и не обнаруживает связи с другими компонентами торфа.
В торфе с болота Усальское самое низкое содержание данной группы веществ (1,9%) определено в слое 0,6 м осоково-тростникового торфа. В осоково-гипновом торфе их количество увеличивается до 2,5%. Максимальное наличие зафиксировано в слое 0,8-1,0 м (3,6%) гипнового типа торфа.
7. Количество лигнина в торфе с болота Ер-някуль укладывается в интервал 4,5-5,0%, что в 1,5-1,7 раза больше содержания целлюлозы. По профилю почвы его величина изменяется незна-
чительно. Связь между негидролизуемым остатком и зольностью высокая (r=0,74).
На болоте Усальское количество лигнина в метровом слое почвы равно 4,2%, что в 3,5 раза больше, чем целлюлозы. Связи с ботаническим составом и степенью разложения торфа не обнаруживается.
Литература
1. Бамбалов H.H., Ракович В.А. Роль болот в биосфере. Минск: Бел. Наука, 2005. 285 с.
2. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука и техника, 1975. 320 с.
3. Титлянова А.А., Шибарева С.В., Биеньковски П. Процессы разложения торфа в переходном болоте Центральной Польши // Почвоведение. 2011. № 2. С. 165-172.
4. Кононова М.И. Органическое вещество почвы. М.: Наука, 1963. 314 с.
5. Мееровский А.С. Проблемы эффективного использования мелиорированных земель // Белорусское Полесье. Минск, 2001. Вып. 1. С. 8-13.
6. Инишева Л.И., Дементьева Т.В. Скорость минерализации органического вещества торфов // Почвоведение. 2000. № 2. С. 196-203.
7. Моторин А.С. Плодородие торфяных почв Западной Сибири. Новосибирск: ГРПО СО РАСХН, 1999. 281 с.
8. Бамбалов Н.Н. Баланс органического вещества торфяных почв и методы его изучения. Минск: Наука и техника, 1984. 175 с.
9. Вомперский С.Э. Биосферное значение болот в углеродном цикле // Природа. 1994. № 7. С. 44-50.
10. Инишева Л.И., Белова Е.В. Агрохимические, биологические свойства и режимы осушенных агроторфяных почв // Агрохимия. 2003. № 4. С. 22-28.
11. Ефимов В.Н. Торфяные почвы и их плодородие. Л.: Агро-промиздат, 1986. 263 с.
12. Грехова И.В. Ботанический состав и степень разложения низинных торфов в Тюменской области // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология». 2012. Т. 5. № 2. С. 9-12.
Стратегические направления развития земледелия и растениеводства в Оренбургской области
Н.П. Часовских, д.с.-х.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
Необходимость разработки концепции развития отрасли растениеводства в Оренбургской области остаётся ключевой проблемой регионального агропромышленного комплекса [1, 2]. В последние годы произошли определённые изменения в научных подходах к земледелию и растениеводству, к анализу результатов практической деятельности сельскохозяйственных товаропроизводителей в отрасли. Поэтому, на наш взгляд, актуальным на современном этапе является определение стратегических направлений дальнейшего развития земледелия и растениеводства с учётом последних достижений науки и практики.
Материал и методы исследования. Основными документами, определявшими стратегические направления развития сельского хозяйства в Оренбургской области в 80-90-е гг. прошлого столетия, были «Системы», разработанные учёными и специалистами АПК. Это «Система земледелия
в Оренбургской области» и «Система ведения сельского хозяйства Оренбургской области», подготовленные ведущими специалистами сельского хозяйства Оренбуржья и учёными НПО «Южный Урал» Всероссийского отделения ВАСХНИЛ в 1982 и 1986 гг.; «Система сухого земледелия Оренбургской области», разработанная авторским коллективом учёных и специалистов НПО «Южный Урал»; научно-производственные системы «Кукуруза», «Семена», «Подсолнечник», предложенные советом агропромышленных формирований Оренбургской области, Всероссийским научно -исследовательским институтом мясного скотоводства, Оренбургским сельскохозяйственным институтом, областной станцией химизации в 1992 г. [3-5].
Разразившаяся в 1998 г. жесточайшая засуха, следствием которой стало списание 2,6 млн га посевов сельскохозяйственных культур, показала, что реализация мероприятий, определённых в вышеперечисленных документах, не может адекватно противостоять пагубному влиянию экстремальных погодных условий. Эта проблема широко обсуж-
