CC BY
16СОСТАВ ГУМУСА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ
ЗАБАЙКАЛЬЯ
О. В. Вишнякова, к.б.н., Г.Д. Чимитдоржиева, д.с.-х.н., ИОЭБ СО РАН
Резюме. Исследован состав гумуса лугово-черноземных мерзлотных почв Забайкалья. Показано, что криогенные процессы обусловливают его высокую вариабельность. Выявлено снижение содержания гумуса и трансформация состава гумуса под влиянием сельскохозяйственной обработки почв.
Данные по составу органического вещества мерзлотных лугово-черноземных почв, широко распространенных в межгорных котловинах Забайкалья, представлены в ряде работ [1, 19]. Но трансформация гумуса под влиянием окультуривания и пространственное варьирование его содержания и состава изучены недостаточно. К настоящему времени преобладающая часть исследуемых мерзлотных почв распахана и интенсивно используется в сельском хозяйстве, целинные аналоги встречаются отдельными небольшими островками. Поиск путей оптимизации гумусового режима для сохранения естественного плодородия лугово-черноземных мерзлотных почв остается актуальной задачей.
В мерзлотных почвах криогенез выступает одним из ведущих факторов почвообразования. В течение вегетационного периода почва прогревается на небольшую глубину, и корневая масса растений, как основной источник гумусовых веществ, концентрируется в самых поверхностных слоях. Микробиологические процессы разложения растительных остатков заторможены, всплеск биохимической активности почв происходит только при летнем температурном оптимуме (июль) [14], что способствует значительному накоплению гумуса при небольшой мощности гумусового горизонта. В исследуемых мерзлотных почвах ярко проявляется процесс криогенной иммобилизации гумуса через образующиеся в профиле морозобойные трещины [12], вследствие чего формируются глубокие гумусовые затеки и карманы. Это приводит к выносу и консервации гумусовых веществ на значительных глубинах.
6
В настоящей работе изучение пространственного варьирования содержания и состава гумуса в исследуемых почвах проводилось с целью оценки степени дегумификации пахотных почв и влияния криогенных процессов на состав органического вещества. Оъектами исследований послужили лугово-черноземные почвы Еравнинской межгорной котловины, которая представляет собой мерзлотную лесостепь. Верхняя граница мерзлоты залегает на глубине 1,5-3,0 м от дневной поверхности, мощность её достигает 70-100 м. Сумма активных температур выше 10°С составляет 1330 °С, вегетационный период длится 70-80 дней.
Лугово-черноземные мерзлотные почвы опытного участка являются типичными для Забайкалья по своим физическим и химическим свойствам [7, 12, 19]. Наиболее характерными являются сильная щебнистость, небольшая мощность гумусового горизонта, гумусовые затеки и карманы по всему профилю, ясно выраженный карбонатный горизонт и отчетливые признаки гидроморфизма. В верхних горизонтах наблюдается высокое содержание общего углерода и азота (5-7 и 0,5-0,8 % соответственно), резко снижающееся с глубиной. Реакция среды в верхней части профиля близка к нейтральной, а в нижней части, с появлением карбонатов, становится слабощелочной. Емкость поглощения, достигающая в верхних горизонтах 28-44 мг-экв/100 г, снижается до 14 мг-экв/100 г в карбонатном горизонте. Обеспеченность фосфором низкая, калием - высокая.
Для изучения вариабельности мощности гумусового горизонта, содержания и состава гумуса исследуемых почв были заложены ключевые разрезы, а также по 25 полуям на целине и пашне. С учетом сезонной динамики состава гумуса [6] отбор почвенных образцов (слой 5-20 см на целине и 0-20 см на пашне) проводили в августе. Содержание общего углерода определяли по методу Тюрина в модификации Никитиной.
Плодородие № 6-2007
Фракционный состав гумуса - по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой.
Установлено, что мощность гумусового горизонта целинной почвы в среднем составляет 23,8+1,25 см при коэффициенте вариации 26,2 %. Содержание гумуса (в среднем, п=25) достигает 9,43 % на целине и 7,67 % - на пашне, что свидетельствует о снижении содержания углерода гумуса в пахотных почвах по сравнению с целинными аналогами в среднем на 18,6 %. Потери гумуса за более чем 30-ти летний период освоения исследуемых почв составили около 20 т/га. По данным некоторых авторов [8, 10], в почвах Западной Сибири в результате распашки теряется до 5-30 % исходного содержания гумуса, в европейских почвах - до 1550% [13, 17, 18]. Биологические потери гумуса при распашке целины неизбежны, поскольку изменяется сложившийся статус почвы: она переходит в новое агроценотическое состояние [5]. В пахотной лугово-черноземной мерзлотной почве при изменении состава микробного ценоза и усилении микробиологической деятельности в течение короткого теплого периода усиливаются процессы минерализации растительных остатков и гумуса [14].
Наряду с реальным снижением содержания гумуса, нельзя недооценивать возможность кажущихся потерь, вызванных несовершенством методов определения углерода, основанных на окислении органического вещества [16]. Интенсивная обработка почв приводит к усилению аэробиозиса и может вызывать нарастание степени окисленности гумусовых веществ, что является причиной уменьшения окисляемости органического вещества пахотных почв, а не снижения содержания гумуса. Полученные нами данные по элементному составу гуминовых кислот подтверждают более высокую степень окисленности ГК пахотной почвы.
В мерзлотных почвах гумус фульватно-гуматный в верхних горизонтах, вниз по профилю в составе общего углерода возрастает количество углерода фульвокислот, в результате гумус приобретает гуматно-фульватный характер. Отношение Сгк:Сфк в гумусовом горизонте в среднем равно 1,38-1,42 % при коэффициенте вариации 16-18 %. Эта величина в целинных почвах Русской равнины [2] и Западной Сибири [4, 9] достигает 2,1-3,0, а в пахотных почвах - 3,2-3,6, то есть в них гумус носит устойчиво гуматный характер. В составе гумусовых веществ мерзлотных почв фульвокислоты составляют значительную долю.
Отношение Сгк:Сфк, или глубина гумификации, является функцией объема поступающих в почву растительных остатков и интенсивности их трансформации, пропорциональной периоду биологической активности [15]. При небольшом объеме растительных остатков, поступающих в лугово-черноземную мерзлотную почву, и коротком ПБА этот показатель существенно ниже, чем в аналогичных почвах не мерзлотного ряда.
Анализ фракционного состава гумуса лугово-черноземных мерзлотных почв показывает, что углерод гумусовых веществ равномерно представлен всеми фракциями (табл.)
Статистические параметры распределения углерода по
фракциям гумусовых веществ в лугово-черноземных
мерзлотных почвах целины (1) и пашни (2), n=5
Показа- М ± m с V, %
тель % от Собщ
1 2 1 2 1 2
ГК-1 9,44 ± 3,60 10,16 ± 1,74 8,05 3,90 70,4 38,4
ГК-2 10,54 ± 2,65 11,20 ± 1,49 6,36 3,34 53,3 29,8
ГК-3 8,18 ± 1,05 8,60 ± 0,71 2,35 1,59 28,7 18,5
ФК-1а 2,76 ± 0,28 2,78 ± 0,17 0,64 0,37 23,2 13,3
ФК-1 5,48 ± 1,07 5,94 ± 1,09 2,39 2,45 22,6 41,5
ФК-2 7,18 ± 3,19 6,22 ± 1,17 7,13 2,61 70,0 42,0
ФК-3 4,36 ± 0,80 4,58 ± 0,43 1,79 0,97 41,1 21,2
Сгк+Сфк 47,94 ± 8,90 50,68 ± 3,25 18,30 7,27 33,7 14,3
Сгк/Сфк 1,42 ± 0,10 1,38 ± 0,11 0,22 0,25 15,8 18,2
Негидр. ост. 52,06 ± 8,30 49,32 ± 3,25 18,56 7,27 40,4 14,7
Плодородие № 6-2007
В исследуемых почвах при низком содержании гуминовых кислот в составе гумусовых веществ значительная доля ГК представлена первой фракцией - 30 % и более, тогда как содержание фракций гуминовых и фульвокислот, связанных с кальцием, невысоко по сравнению с немерзлотными аналогами, в которых эти фракции существенно преобладают.
В лугово-черноземных мерзлотных почвах в некоторых случаях наблюдается возрастание фракции ГК-2 при уменьшении содержания фракции ГК-1 и - наоборот, при стабильности третьей фракции.
По-видимому, это связано с перераспределением фракций гуминовых кислот, что существенно отражается на статистических параметрах. Коэффициенты вариации для фракций свободных и связанных с кальцием ГК целинной почвы очень высокие, в пахотных почвах они снижаются.
Высокие значения коэффициента вариации, вероятно, обусловлены специфическими процессами, происходящими в мерзлотных почвах. Как известно, фракционный состав гумуса, характеризующий распределение гумусовых веществ по формам их связи с минеральными компонентами почвы, является функцией местных условий (кислотности, степени насыщенности основаниями, минералогического состава и т.д.). Криогенные процессы, криотурбации приводят к выпучиванию нижележащих горизонтов, перемешиванию почвы с подстилающей породой, растрескиванию, что является причиной большой неоднородности почв. В частности, перемещение почвенного материала из карбонатного горизонта в вышележащие может привести к локальному повышению содержания фракции ГК-2. Кроме того, поверхностное накопление слаборазложившихся органических остатков в значительной степени способствует обновлению гуминовых кислот, составляющих первую фракцию, и увеличению количества нерастворимого остатка. Относительно высокое содержание 3-ей фракции гуминовых кислот свидетельствует об интенсивном взаимодействии ГК с полуторными окислами и глинистыми минералами.
Для мерзлотных почв характерно высокое содержание не-гидролизуемого остатка, причем его доля и вариабельность несколько выше в целинных почвах. В аналогичных почвах Иркутской области эта фракция также занимает первое место в составе гумусовых веществ [11]. А по данным Н.И. Базилевич [3], в лугово-черноземных почвах Западной Сибири содержание негидролизуемого остатка ниже и составляет 20-30 %.
Вовлечение целины в пашню приводит к незначительному возрастанию степени гумификации органического вещества и снижению негидролизуемого остатка, что связано с возрастанием биохимической активности пахотных почв и изменением состава растительного опада. Отмечается существенное снижение вариабельности состава гумуса под влиянием сельскохозяйственной обработки почв.
Таким образом, мерзлотные лугово-черноземные почвы характеризуются высоким содержанием гумуса фульватно-гуматного типа и низкой степенью гумификации органического вещества. Значительная доля ГК представлена первой фракцией. Содержание фракций гуминовых и фульвокислот, связанных с кальцием, невысокое. Высокая вариабельность фракционного состава гумуса обусловлена криогенными процессами.
Литература
1. Абашеева Н.Е., Чимитдоржиева Г.Д. Гумус лугово-черноземных мерзлотных почв Еравнинской котловины // Генезис и плодородие почв Западного Забайкалья. Улан-Удэ: Изд-во БФ СО АН СССР, 1983. С. 92-100. 2. Ахтырцев А.В., Адерихин П.Г., Ахтырцев В.П. Лугово-черноземные почвы центральных областей Русской равнины. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1981. 172 с. 3. Базилевич Н.И. Геохимия почв содового засоления. М.: Наука, 1965. 351 с. 4. Гамзиков Г.П. Содержание гумуса и азота в почвах Западной Сибири // О почвах Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1978. С.155-163. 5. Гамзиков Г.П., Ильин В.Б., Назарюк В.М. и др. Агрохимические свойства почв и эффективность удобрений. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. 251с. 6. Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статика и динамика (на примере Западной Сибири). Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. 152 с. 7. Ишигенов И.А. Агрохимическая характеристика
7
почв Бурятии. Улан-Удэ: Бур. кн. изд-во, 1972. 210 с. 8. Кирюшин В.И., Лебедева И.И. Изменение содержания гумуса черноземов Сибири и Казахстана под влиянием сельскохозяйственного использования // Докл. ВАСХНИЛ. 1984. № 5. С. 82-86. 9. Кленов Б.М. Гумус почв Западной Сибири. М.: Наука, 1981. 144 с. 10. Кленов Б.М. Устойчивость гумуса почв Западной Сибири в условиях антропогенного влияния // Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. Новосибирск, 1998. 11. Корзун М.А. Почвы долин рек Иркута и Залари в Присаянье // Автореф. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 1965. 12. Куликов А.И., Панфилов В.П., Ду-гаров В.И. Физические свойства и режимы лугово-черноземных мерзлотных почв Бурятии. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986. 136 с. 13. Минеев В.Г., Шевцова Л.К. Влияние длительного применения удобрений на гумус почвы и урожай культур // Агрохимия. 1978. № 7.
С. 134-142. 14. Нимаева С.Ш. Микробиология криоаридных почв (на примере Забайкалья). Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1992. 176 с. 15. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 325 с. 16. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Реальные и кажущиеся потери органического вещества почвами Российской Федерации // Почвоведение. 1996 а. № 2. С.197-207. 17. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996 б. 256 с. 18. Фокин А.Д. Идеи В.В. Докучаева и проблема органического вещества почв // Почвоведение. 1996. N° 2. С. 187-196. 19. Чимитдоржиева Г.Д. Гумус холодных почв: Экологические аспекты. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. 201 с.
Плодородие № 6-2007
8
