CC BY
24_ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЛОДОРОДИЯ_
ПОДВИЖНЫЕ ФОРМЫ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВАХ
ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ
Р.Ф. Байбеков, член-корр. РАСХН, Н.Ф. Ганжара2, д.б. н., С.М. Надежкин3, д.б.н., Б.А. Борисов2, д.б.н., 1ВНИИА, 2РГАУ-МСХА, 3ВНИИССОК
Исследовано содержание различных форм подвижного органического вещества в целинных и пахотных почвах лесостепи Приволжской возвышенности. Установлено влияние основных элементов систем земледелия на их содержание. Под действием органических удобрений в светло-серой лесной почве повышается содержание лабильных гумусовых кислот (ЛГК), легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) и водорастворимого гумуса (ВОВ), в черноземе выщелоченном — ЛОВ.
Ключевые слова: подвижное органическое вещество, лабильное органическое вещество, легкоразлагаемое органическое вещество.
Групповой и фракционный состав гумуса позволяет характеризовать генетические и фациальные особенности тех или иных почв, но попытки оценить вклад отдельных компонентов его в формирование урожая не дают, как правило, положительных результатов [2]. Наиболее целесообразным подходом к выявлению агрономической ценности гумуса и его составляющих является разделение всех органических соединений почвы на две большие части: группу консервативных, устойчивых веществ (гуминовые кислоты, гуматы, другие органо-минеральные соединения, гиматомелановые кислоты, гумин) и группу лабильных соединений [4, 6-9].
Лабильное органическое вещество не только служит источником питания, энергии и углерода для построения биомассы, но и выполняет защитные функции в отношении устойчивого (консервативного) вещества.
Поэтому целью наших исследований являлось изучение подвижных форм органического вещества в почвах Среднего Поволжья и их изменение в процессе сельскохозяйственного использования.
Объекты и методы исследований. Объектом исследований были серые лесные и черноземные почвы лесостепи Приволжской возвышенности. Территория ее расположена между
51°40' - 55°10' с.ш. и 42° 10' - 49°50' в.д. и включает правобережную часть Ульяновской области, северную часть правобережья Саратовской, Самарскую луку и Пензенскую область.
Изучение подвижных форм органического вещества проводили в образцах почвы парных разрезов (целина, залежь -пашня), заложенных в период маршрутных экспедиций в 1985-1998 гг., стационарных наблюдений в заповеднике «Приволжская лесостепь», а также в стационарных полевых и микрополевых опытах в 1980-2003 гг.
Для определения агрономической ценности гумуса зональных почв Поволжья в зависимости от использования почв, элементов систем земледелия были изучены следующие формы лабильных веществ: лабильные гумусовые кислоты, извлекаемые 0,1 н раствором ЫаОЫ (ЛГК); водорастворимый гумус почвенного раствора (ВОВ) - по Тюрину; лабильные органические вещества (ЛОВ), извлекаемые раствором К1 с
1,8 г/см3 - по Ганжаре с соавторами; углеводы - по Дюбуа в модификации Орлова [1, 3, 5].
Результаты и их обсуждение. Исследования показали, что в ряду от светло-серых лесных почв до черноземов выщелоченных происходит увеличение подвижных форм органического вещества, извлекаемых при помощи тяжелой жидкости. Наряду с этим отмечается снижение содержания водорастворимого гумуса. Максимальное содержание углеводов (1,15% к массе почвы) характерно для оподзоленных и выщелоченных черноземов (табл. 1). Содержание лабильных компонентов органического вещества (в % от Собщ.) от светло-серых лесных почв к черноземам выщелоченным и типичным снижается на 59-136%, что свидетельствует об усложнении гумуса почв черноземного ряда по сравнению с серыми лесными. Распашка и длительное сельскохозяйственное использование почв существенно отражаются на содержании подвижных форм органического вещества.
1.Содержание подвижных форм органического вещества в целинных и пахотных почвах лесостепи Приволжской возвышенности
Показатель Светло-серая Серая лесная Темно -серая Чернозем опод- Чернозем вы- Чернозем ти-
лесная лесная золенныи щелоченный пичный
лес пашня лес пашня целина пашня целина пашня целина пашня залежь пашня
Собщ.,% 2,04 1,13 2,66 1,70 3,56 2,36 4,63 3,22 6,50 5,20 6,06 4,96
Слов, % 0,52 0,12 0,58 0,19 0,64 0,20 0,91 0,24 1,18 0,29 1,03 0,27
Слов, % к Собщ. 25,5 10,6 21,8 11,2 18,0 8,5 19,6 7,5 18,2 5,6 17,0 5,4
Слгк % 0,37 0,26 0,42 0,31 0,45 0,37 0,49 0,32 0,51 0,40 0,50 0,37
Слгк % к Собщ. 18,1 23,0 15,8 18,2 12,6 15,7 10,6 9,9 7,8 7,7 8,2 7,5
Суглеводов, % 0,62 0,39 0,60 0,40 0,6 0,43 1,15 0,77 1,15 0,72 0,80 0,51
Суглеводов, % к Собщ. 30,4 34,5 22,6 23,5 16,8 18,2 24,8 23,9 17,7 13,8 13,2 10,3
Свов, мг/кг почвы 53 42 60 45 68 44 61 41 57 35 50 30
Свов, % к Собщ. 0,26 0,37 0,22 0,26 0,19 0,19 0,13 0,13 0,09 0,06 0,08 0,06
Рассматривая изменения в их содержании следует отметить, что в пахотных серых лесных почвах количество ЛОВ (% к массе почвы) снижается по сравнению с целинными в 3,2-4,3 раза, в черноземах различных подтипов - в 3,8-4,1 раза. Вещества, выделяемые при помощи щелочи, реагируют в меньшей мере, чем те, которые извлекаются при помощи физических методов. Если в процессе распашки абсолютное снижение содержания ЛГК и отмечается, то относительное их количество не снижается, а в серых лесных почвах даже происходит некоторый рост. Следовательно, изменение условий гумусообразования, характерное для старопахотных почв, и заключающееся в уменьшении количества растительных ос-
татков приводит к снижению количества легкоминерализую-щихся компонентов почвенного органического вещества.
Результаты проведенных исследований в агроценозах лесостепи Приволжской возвышенности показывают, что содержание лабильных форм органического вещества в значительной мере определяется видом севооборотов и набором культур, возделываемых в них. В светло-серой лесной почве наименьшее количество углерода ЛОВ - 0,105%, отмечено в зернопаропропашном севообороте, наибольшее - 0,152% -зернотравянопропашном (табл. 2). В черноземе выщелоченном содержание данной группы органического вещества значительно выше, но закономерности изменения его содержа-
ния в севооборотах сохраняются. Количество неспецифических соединений представленных углеводами при включении в севообороты клевера возрастает на 8,8-10,0%. Содержание водорастворимого углерода в изучаемых почвах невелико: в светло-серой 0,15-0,19, в черноземе - 0,12-0,14% к Собщ.
Расчеты активной и пассивной частей почвенного органического вещества с использованием коэффициента 0,11, учитывающего гранулометрический состав показывают, что в светло-серой лесной почве количество Сакгивн. составляет 35,742,3%, Спассивн. - 57,3-64,3%, в черноземе, соответственно, 03,9 и 96,1-100%. Многолетние травы в полевых севооборотах оказывают положительное влияние на соотношение этих форм органического вещества.
Вместе с тем следует отметить, что для чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого использование данного коэффициента не вполне правомерно, так как в зернопаропро-пашном севообороте «активное» органическое вещество в почве не обнаруживается. Однако препаративное выделение различных групп (ЛОВ, ЛГК и др.) не подтверждает этого. В связи с этим мы считаем, что для черноземов лесостепи Приволжской возвышенности, содержащих значительное количество физической глины необходимо уточнение коэффициента, учитывающего гранулометрический состав почв.
2. Содержание подвижных форм органического вещества в светло-серой лесной почве и черноземе выщелоченном в зернопаро-пропашном (1), зернопропашном (2), зернотравянопропашном
Показатель Светло-серая лесная Чернозем выщелоченный
1 2 3 фЗДт нее 1 2 3 фЗДт нее
Собщ.,% 1,69 1,71 1,77 1,72 3,64 3,78 3,85 3,76
Слов? % 0,105 0,128 0,152 0,128 0,349 0,361 0,509 0,371
Слов? % к Собщ. 6,2 7,5 8,6 7,4 9,6 9,6 13,2 10,8
Слгк % 0,465 0,477 0,497 0,480 0,357 0,359 0,411 0,376
Слгк % к Собщ. 27,5 27,9 28,1 27,8 9,8 9,5 10,7 10,0
Суглеводов, % 0,373 0,381 0,406 0,387 0,692 0,684 0,753 0,710
Суглеводов, % к Собщ. 22,1 22,3 22,9 22,4 19,0 18,1 19,6 18,9
Свов, мг/кг почвы 26 28 33 29 47 46 53 0,49
Свов, % к Собщ. 0,15 0,16 0,19 0,17 0,13 0,12 0,14 0,13
Физическая глина, % 16,7 17,2 16,3 16,7 57,5 58,2 58,4 58,0
Сакт., % 0,63 0,61 0,73 0,66 - 0,07 0,15 0,07
Сакт. % к Собщ. 37,3 35,7 42,7 38,6 0 1,8 3,9 1,9
Спассивн., % 1,06 1,10 1,04 3,67 3,71 3,73 3,70
Спассивн. % к Собщ. 62,7 64,3 57,3 100 98,2 96,1
На состав лабильных компонентов гумуса оказывают влияние и системы основной обработки почвы. При ежегодной отвальной вспашке распределение Слов равномерное в пределах всего пахотного (0-30 см) слоя. Наблюдается лишь небольшая тенденция к снижению его на глубине 20-30 см. Использование безотвальных систем основной обработки почвы в течение 20 лет усиливает дифференциацию пахотного слоя. Содержание ЛОВ в среднем по севообороту в слое 010 см составляет 0,4%, 10-20 см - 0,3, 20-30 см - 0,2%. Аналогичные, хотя и менее выраженные изменения, обнаружены и в варианте с использованием минимализированных способов основной обработки почвы.
Одна из причин более высоких запасов органического вещества при безотвальных и минимализированных обработках почвы связана с тем, что основное количество ПКО поступает в тот слой почвы, где происходят и микробиологические процессы его трансформации. Установлено, что между содержанием лабильного органического вещества в пахотном слое почвы и поступлением послеуборочных остатков существует прямая зависимость (при 99% уровне значимости), которая выражается следующим уравнением регрессии: У = 0,24+ 0,0037ПК0, г = 0,523, 1факг.= 3,53, где У- содержание ЛОВ в % к массе почвы; ПКО - т/га.
При систематическом многолетнем применении удобрений на черноземе выщелоченном происходят существенные изменения в содержании подвижных форм органического вещест-
ва. При этом механизм и характер воздействия органических и минеральных удобрений различен. Использование навоза приводит к незначительному росту содержания ЛГК, значительно большее воздействие оказывают минеральные удобрения на фоне органических (табл. 3). Количество ЛОВ под влиянием органических удобрений возрастает на 20-30 %, минеральных - на 8-36%.
Содержание водорастворимого органического вещества в вариантах с внесением удобрений выше, чем в контроле. Внесение 5 и 10 т навоза на гектар севооборотной пашни способствует увеличению Свов с 82 до 101-112 мг/кг почвы. Минеральные удобрения, используемые на фоне навоза, не оказывают существенного влияния на ВОВ.
3. Влияние удобрений на содержание подвижных форм органического вещества в пахотном слое чернозема выщелоченного
Вариант Слгк, % Слов, % Свов, мг/кг почвы
Без удобрений 0,353 0,372 82
Навоз 5 т/га-фон 1(Ф1) 0,405 0,444 101
Ф1+Мз2Р48Кз0 0,412 0,482 103
Ф1+М83Р78К84 0,450 0,544 105
ФК^цРшвКпз 0,489 0,538 108
Навоз 10 т/га-фон 2(Ф2) 0,429 0,482 112
Ф2+Мз2Р48Кз0 0,448 0,591 112
Ф2+М83Ру8К84 0,503 0,654 113
Ф2+М114Р108КИ8 0,531 0,644 118
НСР095 0,044 0,065 9,7
В зернопаропропашном севообороте содержание ЛГК при использовании органической системы удобрений практически не отличается от контрольного варианта. Применение минеральной системы удобрения приводит к росту их количества на 12-15%, а в сочетании с сидератами - на 19%. Наибольшее содержание данной группы органического вещества - 0,447% отмечено при органо-минеральной системе удобрения. Известкование снижает подвижность гумусовых соединений, что проявляется в уменьшении количества ЛГК на 9-13%.
Под влиянием известкования происходит увеличение товарной части урожая сельскохозяйственных культур и количества оставляемого на поле органического вещества, в том числе в виде ПКО и летнего опада. Вследствие этого содержание ЛОВ несколько возрастает. Содержание ВОВ определяется, в основном, органическими удобрениями: под влиянием навоза оно возрастает на 15%, сидератов - на 5-8%. В зернопропашном и зернотравянопропашном севооборотах выявленные закономерности в основном сохраняются, хотя абсолютное количество различных групп подвижного органического вещества значительно выше.
В зависимости от вида удобрений содержание подвижных форм органического углерода в черноземе выщелоченном изменяется по - разному. Наиболее сильное воздействие на ЛОВ оказывает зеленое удобрение. Через год после заделки сидератов легкоразлагаемого органического вещества становится больше на 0,092-0,12%. В дальнейшем (уже через 3 года) содержание его снижается, а к 5-му году возвращается в исходное состояние. Традиционные виды органических удобрений (навоз и солома) оказывают меньшее влияние, но оно более стабильно и сохраняется в течение всего периода наблюдений (5-7 лет).
Следовательно, использование самостоятельных посевов однолетних культур на зеленое удобрение вызывает кратковременное повышение содержания гумуса за счет лабильных (подвижных) гумусовых кислот и водорастворимых гумусовых веществ. При этом значительных изменений качественного состава гумуса не происходит. Сочетание сидерата с соломой замедляет минерализацию легкоразлагающегося органического вещества, что несколько стабилизирует гумусовый фонд почвы.
Таким образом, на черноземе выщелоченном лесостепи Поволжья отзывчивость различных групп подвижного органического вещества на применяемые системы удобрений неодинакова. Под влиянием органической системы в большей мере возрастает содержание водорастворимого гумуса, а под
влиянием органо-минеральной - лабильных гумусовых кислот, что необходимо учитывать при диагностировании режима органического вещества в почвах. Содержание ЛОВ повышается как под влиянием удобрений, так и при увеличении поступления в почву растительных остатков.
При использовании различных систем удобрений на светло-серой лесной почве отмечено существенное изменение всех компонентов лабильных форм гумуса (табл. 4).
4. Влияние удобрений на содержание подвижных гумусовых
веществ в светло-серой лесной почве, слой 0-20 см
Известко- Навоз, т(В) NPK, кг(С) С ^лов, С ^пов, С ^лгк, Сугл., С ^вов.,
вание, на 1 га севооборотной % % % % мг/кг
доли Нг пашни
(A)
0 0 N0P0K0 0,112 0,261 0,453 0,384 29
0 0 N45P60K66 0,121 0,254 0,501 0,388 33
0 12 N0P0K00 0,158 0,342 0,526 0,404 41
1,0 0 N0P0K00 0,123 0,270 0,448 0,388 27
0 12 N45P60K66 0,164 0,351 0,511 0,421 30
1,0 12 N0P0K00 0,147 0,344 0,491 0,413 33
1,0 0 N45P60K66 0,133 0,272 0,477 0,372 26
1,0 12 N45P60K66 0,169 0,348 0,508 0,411 36
0,5 6 N36P44K42 0,128 0,312 0,469 0,397 34
0,5 6 N63P81K87 0,131 0,316 0,492 0,405 32
0,5 18 N36P44K42 0,161 0,379 0,564 0,418 45
1,5 6 N36P44K42 0,126 0,314 0,465 0,395 33
0,5 18 N63P81K87 0,168 0,385 0,585 0,426 44
1,5 18 N36P44K42 0,162 0,366 0,532 0,419 35
1,5 6 N63P81K87 0,137 0,320 0,481 0,410 34
1,5 18 N63P81K87 0,171 0,392 0,511 0,432 45
НСР095: частных различий 0,034 0,081 0,056 0,038 9
А, В, C 0,018 0,048 0,034 0,029 5
Зависимость между подвижными формами органического вещества и изучаемыми системами удобрения описывалась следующими уравнениями регрессии: Слов = 0,120 + 0,017В + 0,005В0'5 Я2 = 0,833;
Сжк=0,466-0,012А-0,009А°'5+0,028В+0,007С R2=0,765; Сугл=0,382-0,0002А°'5+0,0128В+0,008В°'5+0,0029С R2=0,848; CBOB=28,6-0,75A+4,25B+1,4C0,5 R2 = 0,602.
Заключение. Таким образом, исследованиями в естественных фитоценозах и агроценозах лесостепи Среднего Поволжья установлено, что содержание и состав подвижных форм органического вещества почв лесостепи Среднего Поволжья в зонально-генетическом ряду существенно изменяется. Под действием органических удобрений в светло-серой лесной почве повышается содержание лабильных гумусовых кислот, ЛОВ и водорастворимого гумуса, в черноземе выщелоченном - ЛОВ.
Литература
1. Ганжара Н.Ф.. Борисов Б.А., Шевченко А.В., Деревягин В.А. Метод определения содержания и состава мобильных форм органических веществ в почвах // Известия ТСХА, 1987.- вып. 1.- С. 173-177.
2. Концепция оптимизации режима органического вещества почв в агроландшафтах /Кирюшин В.И., Ганжара Н.Ф., Кауричев И.С и др. М.: Изд-во МСХА, 1993.- 99с.
3. Методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями. Часть 2. Программа и методы исследований почв. /Под общей ред. Панникова Д.Д. -М.: ВИУА, 1983.- 159 с.
4. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990.- 325 с.
5. Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Содержание и распределение углеводов в важнейших почвах СССР // Почвоведение, 1975. № 8.- С. 8190.
6. Тейт Р. 3-ий. Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты. Пер. с англ. М.: Мир, 1991.- 400 с.
7. Korshens M. Beziehung zwischen Feinanteil, Ct- und Nt-Gehalt des Bodens // Arc. Acker-Pfl. Boden. 1980. Bd. 24 (9).- S. 585-592.
8. Parton W.J., Anderson D.W., Cole C. V., Stewart J.W.B. Soil organic matter formation model. / Nutrient Cycling in Agricultural Ecosystems. University of Georgia Colledge of Agricultural Special Publication. 1983. № 23.- P. 18-37
9. Schulz E. Charakteriserung der organischen Bodensubstanz (OBS) nach dem Grad ihrer Umsetzbarkeit und ihre Bedeutung fur Nahr- und Schadstoffe // Arc. Acker-Pfl. Boden. 1997. Bd. 47.- S. 465-484.
MOBILE FORMS OF ORGANIC MATTER IN FOREST-STEPPE SOILS OF THE VOLGA REGION R.F. Baibekov1, N.F. Ganzhara2, S.M. Nadezhkin3, B.A. BorisoV 1Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute of Agrochemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences, ul Pryanish-nikova 31a, Moscow, 127550 Russia 2Russian State Agricultural University - Moscow Agricultural Academy, Russian Academy of Sciences, ul Timiryazeva 49, Moscow, 127550 Russia 3All-Russian Research Institute of Vegetable Breeding and Seed Production,
Lesnoi Gorodok, Odintsovo raion, Moscow oblast, 143080 Russia Different forms of mobile organic matter in virgin and arable forest-steppe soils of the Volga Upland were studied. The effect of the main elements offarming systems on their contents was revealed. The application of organic fertilizers increased the content of labile humus acids, readily decomposable organic substances, and water-soluble humus in light gray forest soil and the content of readily decomposable organic substances in leached chernozem.
Key words: mobile organic matter, labile organic matter, readily decomposable organic matter.
