CC BY
54
УДК 631.417.2
Галактионова Л.В., Васильченко А.В., Ануфриенко А.А., Терехова Н.А.
Оренбургский государственный университет, г Оренбург, Россия Е-mail: [email protected]
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ СТЕПНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ В УСЛОВИЯХ ЗАЛЕЖИ
В середине прошлого века с целью обеспечения населения страны продуктами питания в стране началась реализация плана экстенсивного развития сельскохозяйственного производства. Только в Оренбургской области с 1954 по 1962 гг. было распахано около 2,2 млн. га целинных и залежных земель, а общая площадь пашни достигла 6,4 млн. га. Вместе с серьезными просчетами в технологии выращивания основных сельскохозяйственных культур, чрезмерная распашка степных черноземов вызвали развитие ряда деградационных процессов, таких как дегумифика-ция, обесструктуривание, переуплотнение, эрозия почв, что сопровождалось прогрессирующим снижением их плодородия. Однако в конце двадцатого века в стране произошли значительные политические и экономические преобразования, затронувшие аграрный сектор производства. Одним из его результатов явился перевод более двух миллионов гектар в залежь. Таким образом, впервые за агрикультурный период ранее пахотные территории оказались в условиях небывалого по масштабам природного эксперимента по естественному восстановлению черноземов.
Изучение состояния степных черноземов в условиях залежи показало изменение содержания гумуса с 2,79% до 4,1%, его запасов до 88,9% относительно целинного участка. Доли гуминовых кислот увеличились до 39,6%, глубины гумификации - до 2,33.
Исследования позволили сделать вывод о том, что система показателей гумусного состояния почв показала высокую чувствительность к прекращению пахотного использования и может быть рекомендована как диагностический показатель для оценки степени естественного восстановления почвенного покрова степи.
Ключевые слова: тренд развития, залежь, органическое вещество почв, черноземы.
Активное использование сельскохозяйственных земель привело к частичной или полной деградации более трети пахотных земель планеты [11]. В поисках решения этой проблемы отечественные и зарубежные ученые проводят обширные исследования по восстановлению деградированных почв путем инокуляции фрагментов почв-доноров с высокими значениями потенциального плодородия [12]. Или предлагают более глобальный подход, суть которого заключается в разработке обширной международной программы по экологической реставрации земель с привлечением финансовых ресурсов международных организаций [13].
По этой причине, а в нашей стране в связи с общим экономическим кризисом, часть этих земель была выведена из сельскохозяйственного использования. Этот процесс охватил многие страны мира, и особенно Россию, где в 1961-2007 гг. было изъято из сельскохозяйственного использования около полумиллиона квадратных километров пашни [3], [14].
На современном этапе развития сельского хозяйства актуальными становятся исследования, посвященные изучению процессов восстановления фундаментальных свойств почв и, прежде
всего, их гумусного состояния при полном прекращении агротехнического воздействия. Несмотря на появившиеся в последние годы публикации, посвященные данной проблеме, эти вопросы нельзя считать до конца изученными [1].
Изучению постагрогенной эволюции почв на территории России посвящены работы ряда ученых (Васенев И.И., 2008; Хитров Н.Б., 2008; Щеглов Д.И., 2010; Замотаев И.В., Белобров В.П., 2016; Русанов А.М., Тесля А.В., 2011; Русанов А.М., 2013 и др.). Исследования описывают различные направления развития почв после прекращения активного пахотного использования, а для черноземов, как правило, постагрогенный природоподобный тренд [2],
[3], [4] .
Аналогичные выводы сделаны и при изучении контрастных по условиям почвообразования почв пустыни Монте (Аргентина) и водно-болотных угодий равнины Санджан (Китай). Изучение свойств почв после более 20-летнего периода восстановления выявило увеличение содержания элементов минерального питания растений и органического вещества [15], [16]. Следует отметить, что, несмотря на существенные отличия в комплексе элементарных почво-
образовательных процессов, восстановление почв сопровождалось увеличением биомассы естественной растительности и улучшением питательного режима, т.е. постагрогенная эволюция почвенного покрова данных территорий имеет устойчивую тенденцию к восстановлению до зональных целинных аналогов.
Органическое вещество является основой почвенного плодородия, а потери почвами гумуса (по данным ЕЛО) являются серьезной угрозой продовольственной безопасности не только отдельных государств, но и всего человечества [17]. Изучение процессов восстановления органического вещества и почвенного покрова в целом представляет собой важное научное направление и является актуальным ввиду возможного возврата обширных территорий в сельскохозяйственное производство. Используя полученные знания, можно выявить участки, где произошло восстановление почвенного плодородия, что позволит существенно сократить затраты на проведение предварительного агрохимического исследования и внесение удобрений [5].
Целью данной работы явилось изучение изменения гумусного состояния черноземов южных степного Предуралья в условиях многолетней залежи.
Объекты и методы исследования
Основным объектом работ послужили почвы степной природной зоны, сформированные в пределах Южного Предуралья, которые характеризуются теплым промерзающим фа-циальным подтипом температурного режима. Сумма температур воздуха выше 10°С составляет 2400-2600°С, ежегодное количество осадков не превышает 370-380 мм (50-60% от годового количества которых приходится на вегетационный период). Коэффициент увлажнения составляет 0,55, поэтому территория характеризуется непромывным типом водного режима.
Особенности климата определяют развитие на этой территории типчаково-ковыльной растительности, а величина фитомассы составляет в среднем около 60 ц/га [6]. Краткосрочность вегетационного периода, резкие переходы от зимних к летним периодам, контрастность амплитуд колебаний температур
и влажности в сезонно-суточных погодных режимах определяют своеобразный ритм микробиологических процессов и специфику качественно-количественного состава органических веществ почв [7].
В ходе исследования было заложено 3 разреза: на целине (51,767615° с.ш., 54,458669° в.д.), залежи (20 лет восстановительного периода, 51,7732° с.ш., 54,446393° в.д.) и пашне (51,774558° с.ш., 54,448122° в.д.). Объектом работы послужили черноземы южные, расположенные в 1-2 км к северо-востоку от с. Краснополье (Переволоцкий р-н., Оренбургской области).
Все почвенные образцы были отобраны методом конверта и подготовлены согласно стандартным методикам. Показатели гумусного состояния определяли общепринятыми методами: содержание гумуса по ГОСТ 26213-91, фракционно-групповой состав гумуса по методике Тюрина И.В. в модификации Пономаревой. Плотниковой (1968) [8], [9].
Результаты и обсуждение
Изменение свойств почв, и, прежде всего, их гумусного состояния в залежный период протекает неоднозначно и зависит от климатических условий, растительного покрова, типа почвы, периода и пребывания в режиме залежи, изначального ее гумусного состояния [10].
В почвах целинного участка чернозема южного (рис. 1) содержание гумуса в корнеоби-таемом слое почв характеризуется как среднее (4,5%), а его потери почвами пашни составили около 38%.
В условиях более чем 20-летнего восстановительного периода на участке залежи в верхней части гумусового горизонта содержание гумуса характеризуется как среднее (4,1%), что на 8,9% меньше почв целинного участка.
В почвах залежного участка за 20-летний период восстановления наблюдается увеличение запасов гумуса в слое 0-20 см, которые составили 88,9% от запасов на целине (на пашне - 80%).
Полученные в ходе исследования результаты согласуются с данными по изучению гумусного состояния миграционно-мицелярных черноземов разновозрастных залежей Центрально-Черноземного заповед-
Галактионова Л.В. и др.
Восстановление гумусного состояния..
ника, согласно которым за 15-летний период восстановления наблюдается наибольшее увеличение запасов гумуса в почвах залежных участков (более чем 75% от запасов на целине), чем в последующие 15 и 45-лет [18].
Плодородие почв во многом определяется не только содержанием гумуса, но и его качественным составом. Фракционно-групповой состав гумуса является важным критерием, характеризующим почвенный тип, поэтому и процессы восстановления его качественных параметров будут определяться зональными климатическими, растительными условиями и особенностями литологии.
Изучение качественно-количественных показателей гумуса участков исследования показало, что для корнеобитаемого слоя почв целинного и залежного участков характерен гуматный тип гумуса, а для пахотно-
Гуыус, %
0 1 2 * 4 <
* N 1 1
Г
Целина
- Залежь
/I ... Пашня
Рисунок 1 - Содержание гумуса в степных черноземах Предуралья
го - фульватно-гуматный (табл. 1). Изучение фракционно-группового состава гумуса вниз по профилю показало, что максимальное значение величины Сгк/Сфк (2,4) на целине характерно для нижней части гумусово-аккумулятивного горизонта. Развитие дернового процесса связано с накоплением в верхней части профиля свежего растительного материала, который подвергается разложению с последующим вовлечением в процессы новообразования гумусовых молекул. В нижней части гумусового горизонта идет накопление сложного, «зрелого» гумуса гуматного состава, для образования которого необходим длительный период.
Максимальное содержание ГК-1 отмечено в целинном участке чернозема и приурочено к верхней части гумусового горизонта. В почвах залежи доля этой фракции ГК незначительно снижается, а в почвах пашни достигает минимального значения (1,7%), что свидетельствует об обеднении пахотного горизонта отвечающей за обеспечение питания растений фракцией гумуса.
Наиболее существенную роль в составе гумуса чернозема южного всех трех участков исследования играет ГК-11 связанная с кальцием, и ее содержание в фракционно-групповом составе гумуса остается стабильным не зависимо от характера угодья. Содержание ГК-111 и гумина не претерпевает значительных изменений.
Перевод участка в залежный режим сопровождается поселением на нем многолетней травянистой растительности, которая преобразует верхнюю часть пахотного горизонта. Уве -личение объема поступающей растительной биомассы, постепенное освоение территории залежи дерновинными злаками, стимулирующими микробиологическую активность почв в корнеобитаемом слое, депонирование свежего
Таблица 1 - Показатели гумусного состояния степных черноземов Предуралья
Участок Слой,см ЕФК ГК1 ГК11 ГК111 ЕГК НО ГК/ФК
Целина 0-15 17,3 10,2 22,5 5,6 38,3 44,4 2,2
20-30 15,1 5,1 17,6 13,3 35,3 49,6 2,34
Залежь 0-15 17 6,7 20,3 12,6 39,6 43,4 2,33
20-30 18,1 4,3 22,8 10,6 37,7 44,2 2,08
Пашня 0-15 19 1,7 20,6 13,6 35,9 45,1 1,89
20-30 17,3 9,8 21,3 9,7 40,8 41,9 2,36
органического вещества вызывают увеличение доли гуминовых кислот и уподобление верхнего 15-ти сантиметрового слоя почв залежного участка (Сгк/Сфк=2,3) почвам целины. Нижняя часть пахотного горизонта имеет более низкие значения глубины гумификации (2,08) по сравнению с аналогичными горизонтами целинного и пахотного участков. Этот факт, видимо, связан с первоначальной большей выпаханностью участка и первоочередным выводом из структуры посевных площадей низкопродуктивной пашни. Возможно, развитие процесса дегу-мификации на этом участке было большим по сравнению с пахотным.
В агроценозе величина Сгк/Сфк своего максимума (2,36) достигает в нижней части подпахотного горизонта. Для верхней части пахотного горизонта характерен фульватно-гуматный тип гумуса, что объясняется отторжением большей части фитомассы с урожаем и снижением объема поступающих растительных остатков. Отмечено увеличение доли фульво-
кислот за счет снижения относительного содержания более стабильных фракций ГК-I и ГК-II, отвечающих за формирование питательного режима и структурное состояние почв соответственно.
Выводы:
Система показателей гумусного состояния почв показала высокую чувствительность к прекращению пахотного использования, поэтому может быть рекомендована как диагностический показатель для оценки степени восстановления почвенного покрова степной зоны.
Выведение степных черноземов из активного агротехнического использования привело к относительно быстрому накоплению в почвах органического вещества и улучшению его качества. Исследования позволяют сделать вывод о том, что эволюция степных черноземов Южного Предуралья описывается постагрогенным природоподобным трендом развития.
11.09.2017
Список литературы:
1. Русанов, А.М. Изменение основных свойств степных черноземов как результат их постагрогенной трансформации / А.М. Русанов, А.В. Тесля // Вестник Оренбургского государственного университета. -2012. - № 6(142). - С. 98 - 102.
2. Русанов, А.М. Восстановление гумусного состояния степных черноземов под многолетней залежью/ А.М. Русанов, А.В. Тесля, А.М. Саягфарова // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011. - № 12(131). - С. 132 - 134.
3. Русанов, А.М. Современный этап эволюции почв и растительности сельскохозяйственных земель Оренбургской области / А.М. Русанов, Е.В. Шеин // Вестник Московского университета. Сер.17. Почвоведение. - 2013. - № 12(131). - С. 39 - 43.
4. Васенев, И.И. Почвенные сукцессии/ И.И. Васенев. - Москва: URSS, 2008. - 420 с.
5. Шпедт, А. А. Оценка скорости восстановления гумусного состояния почв красноярского края в условиях залежи / А. А. Шпедт, П.В. Вергейчик // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2014. -№ 6 (116). - С 48-52.
6. Блохин, Е.В. Экология почв Оренбургской области: Почвенные ресурсы, мониторинг, агроэкологическое районирование / Е.В. Блохин. Екатеринбург: УрО РАН, 1997. - С. 229.
7. Русанов А. М. Экология гумусообразования почв степной зоны Урала: Автореф. дис. докт. биол. наук. Екатеринбург, 1995. - 38 с.
8. ГОСТ 26213 - 91. Методы определения органического вещества.- М.: Издательство стандартов, 1993. - 8 с.
9. Кауричев, И.С. Практикум по почвоведению / И.С. Кауричев. - М.: Колос, 1980. - 272 с.
10. Козлова, А.А. Показатели гумусного состояния почв Южного Предбайкалья, находящиеся в целинном, пахотном и залежном режиме / А.А. Козлова //Научный медицинский вестник. - № 1 (3). - 2016. - С. 106-118.
11. Milman, Oliver Earth has lost a third of arable land in past 40 years. / Oliver Milman. URL: https://www.theguardian.com/ environment/2015/dec/02/arable-land-soil-food-security-shortage .
12. Carbajo, V.L. Enhancement of late successional plants on ex-arable land by soil inoculations / V.L. Carbajo, B. Braber, W.H. Putten, G.B. De Deyn // PLoS One. 2011. - №6 (7). - Р. - 11. URL:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21760929.
13. Wade, Mark R. Ecological restoration of farmland: progress and prospects /Mark R Wade, Geoff M. Gurr and Steve D. Wratten // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. - 2008. - Feb. 27. - Р. 831-847. URL:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2610112/.
14. Kalinina, O. Dynamics of carbon pools in post-agrogenic sandy soils of southern taiga of Russia /Olga Kalinina, Sergey V. Goryachkin, Nina A. Karavaeva, Dmitriy I. Lyuri, Luise Giani // Carbon Balance and Management. - 2010. - № 5. - Р. 1-9. URL:https://www. ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2876154/ .
15. Yannelli, Florencia A. Assessing degradation of Abandoned Farmlands for conservation of the Monte Desert Biomein Argentina / Florencia A. Yannelli, Solana Tabeni, Leandro E. Mastrantonio, Nazareth Vezzani // Environmental Management. - January 2014. -Volume 53. - № 1. - Р. 231-239. URL:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00267-013-0176-8.
16. Qin, S.J. Phosphorus fractions under different land uses in Sanjiang plain / S.J. Qin, J.S. Liu, G.P. Wang, W.M. Zhou // Huan Jing Ke Xue. - Dec. 2007. - № 28(12). - Р. 2777-82. URL:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18290436.
17. Bot, Alexandra The importance of soil organic matter. Key to drought-resistant soil and sustained food and production. Food and agriculture organization of the united nations / Alexandra Bot, Josе Benites. - Rome, 2005. - 95 р. URL: http://www.fao.org/3Za-a0100e.pdf .
Галактионова Л.В. и др._Восстановление гумусного состояния...
18. Karavaeva, N.A. Postagrogenicmigrational-mycelial chernozems of abandoned fields of different ages in the southern forest-steppe of European Russia / N.A.Karavaeva, E.A.Denisenko // Eurasian Soil Science. - Volume 42. - № 10. - 2009. - P. 1083-1094. URL: https://link.springer.com/article/10.1134%2FS1064229309100020
Сведения об авторах:
Галактионова Людмила Вячеславовна, доцент кафедры общей биологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета,
кандидат биологических наук, доцент 460018, г Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. 8(3532)372483, e-mail: [email protected]
Васильченко Анастасия Валерьевна, доцент кафедры общей биологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. 8(3532)372483, e-mail: [email protected]
Ануфриенко Александр Александрович, аспирант кафедры биологии и почвоведения химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. 8(3532)372483, e-mail: [email protected]
Терехова Надежда Алексеевна, студент группы 16Почв(ба)УЗР химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. 8(3532)372483, e-mail: [email protected]
