CC BY
43
УДК 631.459
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ОБРАБОТОК ПОЧВ И ГЕРБИЦИДОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ГУМУСОВОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АГРОЗЕМОВ
© 2010 Л.Н. Пуртова, Н.М. Костенков
Биолого-почвенный институт ДВО РАН, г. Владивосток
Поступила в редакцию 17.03.2010
Исследовано влияние различных приемов обработки почв с одновременным применением гербицидов на гумусово-энергетические и оптические показатели агрогенных почв. Установлены различия в показателях гумусного состояния агрогенных почв и определены наиболее благоприятные приемы агротехнической обработки.
Ключевые слова: гумус, процессы гумификации, интегральное отражение, гербициды, энергозапасы почв
Применения различных технологий в земледелии с использованием гербицидов и воздействие их на почву довольно широко освещены в работах отечественных и зарубежных авторов [5, 8, 12-14]. Проведенными исследованиями по изучению влияния гербицидов на протекание процессов гумусообразования в агрогенных почвах (агроземах) в посевах зерновых культур установлено, что использование гербицидов в значительной мере влияет на трансформацию органического вещества и протекание гумусо-образовательного процесса [12]. В то же время изучение влияния гербицидов с одновременной различной системой обработки почв (дискование, вспашка) на процессы гумусообразования не проводились.
Цель работы: изучить изменения в показателях гумусного и энергетического состояния агрогенных почв, интенсивности процессов гумификации при применении различных приемов агротехнической обработки (дискование, вспашка) с использованием гербицидов.
Объекты и методы исследований. Объектом исследований явились агротемногумусо-вые подбелы согласно современной классификации [4], которые составляют основу пахотного фонда Приморского края. Гербицидами обрабатывали посевы зерновых (пшеница) на опытных полях ПримНИИСХ (пос. Тимирязевский ) в специально заложенном полевом опыте по схеме: контроль; на вариантах со вспашкой использовали гербициды трефлан+фабиан в дозе (4+0,10 кг. д.в/га), фабиан (по всходам), фабиан в двойной дозе (0,2 кг/га д.в.); на опыте с дискованием применяли те же сочетания гербицидов.
Пуртова Людмила Николаевна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории почвоведения и экологии почв. E-mail: [email protected] Костенков Николай Максимович, доктор биологических наук, профессор, заведующий отделом почвоведения. Email: Kostenkov @ibss.dvo.ru
Содержание и фракционно-групповой состав гумуса определяли общепринятыми методами [1], оценка показателей гумусного состояния почв проведена по Д.С. Орлову с соавторами [11]. Запасы энергии в слое 20 см рассчитывали по методике предложенной Орловым Д.С., Гришиной Л. А [10], затраты энергии на почвообразование по В.Р. Волобуеву [3]. Для характеристики интенсивности протекания разных стадий процесса гумификации использованы показатели, предложенные М.Ф. Овчинниковой: для оценки интенсивности процесса новообразования гуми-новых кислот и формирования их подвижных форм - соотношение гуминовых кислот 1-й фракции с соответствующими фракциями фуль-вокислот (Сга^/Сфк-О; для оценки интенсивности процесса полимеризации гумусовых структур и формирования гуматов - Сгк_2/Сфк_2 [9]. Интегральное отражение (Я) почв исследовано на спектрофотометре СФ-18 [6]. Оптическая плотность гуминовых кислот определена на фото-электроколориметре КФК -2МП.
Результаты и обсуждение. Как показали результаты проведенных исследований резких различий в вариантах опыта с применением различных сочетаний гербицидов не установлено (табл. 1). Количество гумуса оставалось на уровне низких значений. Наибольшие изменения в содержании гумуса зафиксировано на варианте опыта с дискованием почв при применении фа-биана в двойной дозе. На этом варианте из-за усиления процессов минерализации гумуса более резко уменьшались энергозапасы, что свидетельствует о снижении потенциального плодородия почв.
Во всех исследуемых вариантах опыта показатели энергозапасов почв находились на уровне низких значений. Однако при вспашке почв их содержание было более высоким по сравнению с вариантами с дискованием. Исключение составил вариант опыта с применением фабиана по всходам
зерновых культур, в котором независимо от способов агротехнической обработки наблюдалось равное содержание гумуса и его энергозапасов. Различная обработка оказывает влияние на показатели гумусового состояния почв. В основном это сказывается на содержании «свободных» фракций гуминовых кислот (ГК1) в вариантах -3, 4 и 5 (табл. 2).
Таблица 1. Гумусово-энергетическое состояние агроземов при различных системах обработки почв и применении гербицидов
При вспашке с применением сочетания гербицидов трефлан + фабиан количество гумино-вых кислот фракции 1 в пахотном горизонте соответствовало уровню низких, а ГК2 - высоких значений. Дискование почв с подобным сочетанием гербицидов вызвало несколько иные изменения в системе гумусовых веществ. Количество гуминовых кислот фракции 1 снизилось до крайне низких показателей, при этом резких изменений в показателях ГК2 не установлено. Количество гуминовых кислот, связанных с кальцием соответствовало уровню крайне высоких значений. Тип гумуса фульватный. Гуматно-фульват-ный тип гумуса характерен для вариантов 3 и 6 с применением фабиана по всходам пшеницы. Общие
запасы гумуса низкие по всем вариантам опыта. На вариантах со вспашкой и обработкой посевов фабианом в двойной дозе в составе гумуса явно доминировали гуминовые кислоты. Тип гумуса изменялся на фульватно-гуматный, тогда как при дисковании почв при подобном применении гербицида в составе гумуса возросло количество фульвокислот, а процесс гумусообразования протекал по фульватному типу, что отрицательно сказывалось на качественном составе гумуса. Судя по соотношению показателей Сгк_1/Сфк_1, характеризующих интенсивность протекания процесса новообразования гуминовых кислот и формирования их подвижных форм, а также Сгк_2/Сфк_2, свидетельствующих об интенсивности процесса полимеризации гумусовых структур и формирования гуматов, на исследуемых вариантах в основном преобладали процессы полимеризации и конденсации гумусовых структур, т.е была наиболее четко выражена вторая стадия гумификации.
На вариантах со вспашкой с применением гербицидов показатели Сгк_2/Сфк_2 были гораздо выше (за исключением варианта 3) и соответственно составили: на варианте 1 - 7,24; 2 - 5,98; 3 - 1,98; 4 - 2,34. Тогда как на вариантах с дискованием почв прослеживалось снижение показателей Сгк_2/Сфк_2, что обусловлено, на наш взгляд, более интенсивным процессом трансформации органического вещества. Соотношение Сгк_2/Сфк_2 уменьшалось и соответственно составило на варианте 5 - 1,57; 6 - 1,62; 7 - 1,60. Наиболее интенсивно стадия новообразования гуминовых кислот происходит на вариантах опыта 1 и 3, показатели Сгк_1/Сфк_1 соответственно составили 0,45 и 0,32.
На вариантах 2 (трефлан+ фабиан) и 3 (фабиан по всходам) отмечалось их снижение до 0,22-0,24. При дисковании почв с применением гербицидов некоторое возрастание процесса новообразования гуминовых кислот установлено для варианта 7: Сгк_1/Сфк_1 равно 0,27, тогда как на вариантах опыта 5 и 6 эти показатели соответственно составили 0,11 и 0,23.
Таблица 2. Показатели гумусного состояния агроземов при применении различных обработок почв гербицидов
Варианты опыта Гумус, % Запасы гумуса, т/га ГК1 ГК2 Сгк/ Сфк
% от суммы ГК
вспашка
1. контроль 4,40 95,9 39,60 60,40 1,04
2. трефлан + фабиан 3,64 79,3 29,45 70,52 0,70
3. фабиан (по всходам) 3,26 71,1 14,11 85,80 0,98
4. фабиан (двойная доза) 3,41 74,3 15,20 84,76 1,20
дискование
5. трефлан + фабиан 3,10 67,6 9,87 90,12 0,63
6. фабиан (по всходам) 3,64 79,4 16,20 83,78 0,82
7. фабиан (двойная доза) 2,99 65,2 23,67 76,32 0,74
Варианты опыта Гу- Энергозапа-
мус, сы почв,
% млн.ккал/га
в слое
0-20 см
вспашка
контроль 4,40 501
трефлан + фабиан 3,64 380
фабиан (по всходам) 3,26 368
фабиан (двойная доза) 3,41 384
дискование
трефлан + фабиан 3,10 350
фабиан (по всходам) 3,26 368
фабиан (двойная доза) 2,99 337
Помимо изучения изменений в гумусово-энергетических параметрах почв и стадийности протекания процессов гумификации изучены оптические свойства почв (интегральное отражение R) и их компонентов (гуминовых кислот) - коэффициент цветности (Q4/6). Как показали результаты исследований, резких различий в коэффициентах отражения в пахотных горизонтах исследуемых почв не наблюдалось. Значения коэффициентов отражения плавно увеличивались с возрастанием длины волны от сине-фиолетовой к красной области спектра. Максимальное расхождение наблюдалось в длинноволновой части. Для вариантов опыта со вспашкой почв (2, 3, 4) установлены большие расхождения в параметрах интегрального отражения почв. В контрольном варианте показатель R составил 28,5%, на вариантах 2, 3, 4 с применением гербицидов - 28,0; 35,3; 31,6%. Наибольшее возрастание интегрального отражения отмечалось на вариантах с применением фабиана (по всходам) (табл. 3). Для этого варианта зафиксировано снижение содержания гумуса с 4,40 до 3,26%. Коэффициент корреляции для пары R -гумус составил - 0,99, что свойственно большинству агроземов Приморья [7]. Степень выраженности связи с типом гумуса (Сгк/Сфк) была менее четкой (r=0,55). На вариантах с дискованием почв резких различий в показателях интегрального отражения не установлено (табл. 3). По сравнению с вариантами со вспашкой почв (2, 3, 4) с применением гербицидов и вариантами с дискованием почв (5, 6, 7) были характерны более высокие показатели интегрального отражения, обусловленные двумя причинами: 1) более низким содержанием гумуса; 2) преобладанием в составе гумуса фракций фульвокислот.
Таблица 3. Изменение оптических показателей почв и их компонентов при различных системах обработки почв и применении гербицидов
Наряду с изучением интегрального отражения почв, исследованы оптические параметры гуминовых кислот - коэффициент цветности. Интенсивность светопоглощения органическим веществом обусловлена молекулярным строением гуминовых и фульвокислот. Органические кислоты относятся к группе высокомолекулярных соединений, состоящих из ароматического ядра и разнообразных периферических группировок. Боковые цепи представлены различными функциональными группами. Соотношения боковых радикалов и углеродистого скелета молекул определяют оптическую плотность гумусовых веществ. Гумусовым кислотам, имеющим более широкое отношение ароматического углерода к углероду боковых радикалов, соответствует большая оптическая плотность и, следовательно, высокая абсорбционная способность [10]. Ароматическая часть молекул фульвокис-лот выражена слабее по сравнению с гуминовы-ми кислотами, поэтому поглощение света фуль-вокислотами происходит с меньшей интенсивностью.
Отношение оптических плотностей при длинах волн 465 и 650 нм характеризуется коэффициентом оптической плотности гуминовых кислот ^4/6). В почве содержится смесь не менее двух типов гуматов: темно-коричневые «зрелые» ^4/6=2,6-2,8) и более молодые соединения с более высокими коэффициентами цветности по сравнению со зрелыми гуминовыми соединениями. Связано это с высокой конденсирован-ностью ароматической сетки углеродных атомов в «зрелых» и преобладанием боковых цепей в «молодых» гуматах [2]. Более высокие коэффициенты цветности гуминовых кислот характерны для вариантов с применением гербицидов при дисковании агроземов: трефлан+ фабиан, фабиан по всходам и фабиан с применением двойной дозы. Это указывало на преобладание в строении гуминовых кислот более развитых периферических группировок. При вспашке почв наибольшие различия в строении гуминовых кислот по сравнению с контролем характерны для вариантов с использованием сочетания гербицидов трефлан+ фабиан и фабиана в двойной дозе. Коэффициенты цветности гуминовых кислот в которых составили 9,9 и 6,7, что явно отличало их от гуминовых кислот на варианте опыта с применением фабиана по всходам ^4/6=3,6). Более низкие параметры цветности гуминовых кислот свидетельствовали о более конденсированном ароматическом ядре в строении гуминовых кислот, что, на наш взгляд, обусловлено различием в процессах трансформации органического вещества почв.
Варианты Интегральное Коэффициент
опыта отражение цветности
почв (R), % гуминовых кислот (Q4/6)
вспашка
1. контроль 28,5 3,3
2. трефлан + фабиан 28,0 9,9
3. фабиан (по всходам) 35,3 3,6
4. фабиан (двойная доза) 31,6 6,7
дискование
5. трефлан + фабиан 35,3 9,2
6. фабиан (по всходам) 35,8 7,9
7. фабиан (двойная доза) 35,8 8,0
Выводы: исходя из изменений гумусово-энергетических и оптических показателей в аг-роземах следует, что при вспашке интенсивность процессов минерализации ниже по сравнению с дискованием почв. На вариантах со вспашкой почв установлены более высокие показатели содержания гумуса и энергозапасов и меньшие параметры величины интегрального отражения и цветности гуминовых кислот. Для исследуемых вариантов свойственно более интенсивное протекание второй стадии гумификации, связанной с полимеризацией и конденсацией гумусовых соединений.
В агроземах при различных приемах агротехнической обработки почв с применением гербицидов установлены различия в показателях гумусного состояния. При вспашке и обработке почв фабианом в двойной дозе в составе гумуса доминировали гуминовые кислоты, и тип гумуса изменялся на фульватно-гуматный, что позволяет отнести данный агротехнический прием обработки с применение гербицидов к наиболее благоприятному. При дисковании почв при применении фабиана в двойной дозе в составе гумуса возросло количество фульвокислот, а процесс гумусообразования протекал по фуль-ватному типу, т. е изменилось качество гумуса.
Использование фабиана по всходам зерновых культур перспективно как при дисковании, так и вспашке почв, тогда как при обработке фабианом в двойной дозе более позитивные изменения в показателях гумусного состояния почв наблюдаются при вспашке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Агрохимические методы исследования почв. -М.: Наука, 1975. - 645 с.
2. Болдырев, А.А. Рисовым полям - высокое плодородие. - Симферополь, 19б9. - 207 с.
3. Волобуев, В.Р. Введение в энергетику почвообразования. - М.: Наука, 1974. - 128 с.
4. Классификация и диагностика почв России. -Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
5. Лебедева, Г.Ф. Гербициды и почва / Г.Ф. Лебедева, В.И. Агапов, Ю.Н. Благовещенский, В.П. Самсонов. - М.: Изд-во МГУ, 1990. - 208 с.
6. Михайлова, Н. А. Спектрофотометрический анализ почв по светоотражению. - Владивосток: ДВНЦ АН ССР, 1981. - б1 с.
7. Михайлова, Н. А. Оптико-энергетические методы а экологии почв / Н.А. Михайлова, Л.Н. Пуртова. - Владивосток.: Дальнаука, 2005. - 80 с.
8. Овчинникова, М.Ф. Химия гербицидов в почве. -М.: МГУ, 1987. - 109 с.
9. Овчинникова, М.Ф. Особенности трансформации гумусовых веществ дерново-подзолистых почв при агрогенных воздействиях // Вестник МГУ. -2009. Сер. почвоведение, № i. - С. 12-18.
10. Орлов, Д.С. Практикум по химии гумуса / Д.С. Орлов, Л.А. Гришина. - М.: МГУ, 1981. - 287 с.
11. Орлов, Д.С. Дополнительные показатели гумус-ного состояния почв и их генетических горизонтов / Д.С. Орлов, О.Н. Бирюкова, М.С. Розанов // Почвоведение. - 2004. - № 8. - С. 918-92б.
12. Пуртова, Л.Н. Влияние гербицидов на процессы гумусообразования и микробиологическую активность в почвах Приморья / Л.Н. Пуртова, Л.Н. Щапова, Н.М. Костенков и др. // Вестник ДВО РАН. - 2007. - № 2. - С. 140-145.
13. Захаренко, В.А. Пестициды в аграрном секторе России конца XX - начале XXI века // Агрохимия. - 2008. - № 11. - С. 8б-9б.
14. Stott, D.E. Biodegradation, stabililization in humus and incorporation into soil biomass of 2,4-D and chlorocatechol carbons / D.E. Stott, J.P. Martin, D.D. Focht, K. Haider // Soil Sci. Soc. Am. J. -1983. - Vol. 47. - Р. бб-70.
INFLUENCE OF APPLICATION THE VARIOUS PROCESSINGS OF SOILS AND HERBICIDES ON PARAMETERS OF GUMIC AND ENERGY CONDITION OF AGROGENIC SOILS
© 2010 L.N. Purtova, N.M. Kostenkov Institute of Biology and Soil Science, FEB RAS, Vladivostok
Influence of various methods of soils cultivation with simultaneous application of herbicides on humic-energy and optical parameters of agrogenic soils is researched. Distinctions in parameters of a humus condition of agrogenic soils are established and optimum methods of cultivation are certain.
Key words: humus, processes of humification, integral reflection, herbicides, energy reserves of soils
Lyudmila Purtova, Doctor of Biology, Leading Research Fellow at the Laboratory of Agrology and Ecology of Soils. E-mail: [email protected]
Nikolay Kostenkov, Doctor of Biology, Professor, Head of the Agrology Department. E-mail: Kostenkov @ibss.dvo.ru
