Исследование показателей гумусового и агрегатного состояния чернозема обыкновенного некосимой залежи и пашни

1. Обзор литературы

1.1 Природные условия почвообразования в Волгоградской области

1.2 Органическое вещество почв и его изменение в результате влияния сельскохозяйственного использования

1.3 Изменение структурно-агрегатного состава черноземов под влиянием орошения

2. Объекты и методы исследований

2.1 Объекты исследований

2.2 Методы исследований

2.2.1 Методика определения содержания и состава легкоразлагаемого органического вещества почв (Н.Ф.Ганжара, Б.А.Борисов)

2.2.2 Агрегатный анализ почв — метод Н.И. Саввинова

2.2.3 Определение состава гумуса минеральных почв методом М. М. Кононовой и Н. П. Бельчиковой

3. Экспериментальная часть Выводы Список литературы

почва орошение сельскохозяйственный чернозем Дипломная работа выполнялась в рамках более обширной работы, посвященной изучению состояния органического вещества и агрегатного состояния целинных (залежных) и пахотных почв зонального ряда Европейской части России. В последнее время резко возросло внимание к функциям органического вещества почв и его трансформации, что вызвано не только необходимостью поддержания, повышения плодородия почв и решения продовольственной проблемы, но и возросшим антропогенным воздействием на биосферу и, прежде всего, на почвенный покров. При решении проблемы органического вещества почвы все большее значение приобретают попытки создания оптимального гумусового состояния почв с одновременной разработкой приемов агротехники, препятствующих деградации гумуса. Поэтому одним из важных факторов в управлении гумусовым состоянием почвы является контроль за качеством органического вещества.

В задачи нашей работы входило сравнительное исследование некоторых показателей гумусового и агрегатного состояния чернозема обыкновенного некосимой залежи и пашни.

Образцы почв для анализа были отобраны в Каменной степи Воронежской области.

Аналитические работы выполнялись с мая по август 2009 г. в Испытательном центре почвенно-экологических исследований Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К. А. Тимирязева.

Автор выражает благодарность сотрудникам Испытательного центра за помощь в выполнении дипломной работы.

1. Обзор литературы

1.1 Природные условия почвообразования в Волгоградской области

Климат. Географическое положение Среднерусского Черноземья между 50 и 54° с.ш. обеспечивает получение значительной суммы солнечной радиации, равной 99 000 калорий на 1 см² горизонтальной поверхности (г. Воронеж). Существенное влияние на состояние местного баланса тепла и влаги оказывает атмосферная циркуляция, которая активно участвует в сезонном перераспределении тепла и влаги. В течение теплого времени года доминирует режим солнечной антициклональной сухой погоды. Он формируется в массах континентально-умеренного воздуха. Такой воздух господствует в течение всего года.

Воздушные морские массы атлантического происхождения и арктический воздух с северо-запада и севера приходят на территорию Среднерусского Черноземья в измененном виде. Летом сюда надвигаются воздушные массы континентально-тропического происхождения из Казахстана и Средней Азии.

Значительное протяжение Среднерусского Черноземья с запада на восток обусловливает некоторую разницу в повторяемости воздушных масс в западной и восточной половинах территории. На западе воздушные морские массы наблюдаются в 1,5—2 раза чаще, чем на востоке (особенно зимой, что вызывает оттепели). Поэтому климатические контрасты между востоком и западом зимой очень заметны. Зимой температура меняется с юго-запада на северо-восток. В январе в Курской области средняя температура составляет -7°С, в Тамбовской области (самой холодной из-за накопления холодных масс воздуха в Окско-Донской низменной равнине) равна —10…—12°С.

Летом температура в основном изменяется с севера на юг. В июле на севере она составляет 18—19°С, к югу повышается до 20—22°С. Район Среднерусской возвышенности имеет несколько пониженные температуры по сравнению с Окско-Донской низменностью. На восточном склоне Среднерусской возвышенности температуры заметно выше, чем на западном. Особенно сильное влияние на температуру воздуха оказывает средняя меридиональная полоса возвышенности с максимальными абсолютными отметками. Под воздействием этой полосы изотермы опускаются к югу. Острова пониженных температур летом отмечаются в районе лесных массивов — Ленинского, Хреновского, Шиповского и Анинского.

Атмосферные осадки. Количество осадков убывает в направлении с северо-запада на восток и юго-восток от 650 до 450 мм в год. Годовая сумма осадков 500—550мм отмечается на большей части Среднерусской возвышенности, в западной и центральной частях Окско-Донской низменности. Около 450—500мм выпадает на востоке и юго-востоке территории. Только в долине р. Хопра и его притоков годовое количество осадков меньше 450 мм и местами достигает 400 мм. Пятнистость в распределении осадков по территории связана с неровностями рельефа и наличием Среднерусской, Калачской, Приволжской возвышенностей. Величина испаряемости с открытой водной поверхности увеличивается в юго-восточном направлении от 600 мм на северо-западе территории до 800 мм на юго-востоке. Отношение годовой суммы осадков к величине испаряемости изменяется от близкой к нейтральной на северо-западе до мало благоприятной на юго-востоке.

Влагообеспеченность. Осадки и температурный режим периода активной вегетации создают условия влагообеспеченности сельскохозяйственных культур, которые оцениваются гидротермическим коэффициентом (ГТК). ГТК территории Белгородской и Воронежской областей изменяется от 0,9 до 1,1 и они относятся к незначительно засушливой зоне. Более полно Влагообеспеченность с/х культур характеризуют данные о запасах продуктивной влаги в почве. Они выражаются в мм водного слоя. Изменение климатических условий на территории Среднерусского Черноземья лежит в основе широтной зональности почв. Выделенным климатическим зонам и подзонам соответствуют определенные почвенные подзоны. Подзоне северного лесостепья соответствуют, серые лесные почвы, черноземы оподзоленные и выщелоченные, подзоне южного лесостепья — серые лесостепные почвы и черноземы типичные (показатель увлажнения около 1,0); подзоне крупно дерновинных ковыльных степей с показателем увлажнения близким 0,9−0,7- черноземы обыкновенные и подзоне мелко дерновинных ковыльных степей с показателем увлажнения меньше 0,7 — южные черноземы.

Рельеф и почвообразующие породы. В тесной зависимости от геологического строения и геологической истории находится рельеф местности, который на территории Воронежской области крайне неоднороден. Правобережье Дона, расположенное на восточных отрогах Среднерусской возвышенности (а также на Калачской возвышенности) представляет собой приподнятую, сильно изрезанную реками, балками и оврагами возвышенность. Левобережная часть области, занимающая пространства в пределах Окско-Донской низменности к востоку от рек Дон и Воронеж и к северу от Калачской возвышенности, представляет низменную плоскую слабо эродированную равнину, разделяющую Среднерусскую и Приволжскую возвышенности. Наивысшая абсолютная высота местности наблюдается в окрестностях г. Нижнедевицка, где она достигает 260 м над уровнем моря. Наиболее низкая абсолютная высота местности наблюдается на крайнем юго-востоке, где р. Дон пересекает границу Воронежской и Ростовской областей.

Низменная плоская слабо расчлененная равнина расположена в среднем на высоте 150 м над уровнем моря с отклонениями в сторону минимума до 80 м (г. Лиски) и в сторону максимума до 175—190 м (на водоразделе р. Битюг и Токай).

Склоны речных долин имеют ясно выраженные террасы. Обычно выделяют четыре надпойменные террасы: первая возвышается над меженным уровнем реки на 8−12 м, вторая — на 15—25 м, третья — на 30−40 м и четвертая — на 50−60м. Наибольшее развитие имеют первая и вторая террасы, третья встречается реже, а четвертая еще реже.

Поверхность террас представляет собою равнинные участки, прорезанные неглубокими, но часто широкими ложбинами и балками. Речные долины имеют ясно выраженную асимметрию склонов. У большинства рек правый берег высокий, крутой, левый — пологий и низкий. Поверхность водоразделов в пределах области имеет общие черты и вместе с тем существенные различия.

Различают следующие три части водораздельной поверхности:

1) центральный водораздел;

2) приводораздельный склон;

3) придолинный склон.

На территории Воронежской области имеются все типы рельефа. Такое сложное разнообразие рельефа не могло не сказаться на почвообразовании, географическом и топографическом распространении почв.

Прямое участие рельефа в почвообразовании заключается в ряде геологических процессов (делювиальных, пролювиальных, аллювиальных и элювиальных), сопровождающихся распределением почвенной массы и наносов на поверхности земли. В этих процессах активную роль играют склоны различной крутизны, формы и экспозиции, высота местности и др. На территории Воронежской области влияние склонов на почвообразование наблюдается всюду. Однако это влияние склонов в зависимости от их крутизны, формы и экспозиции неодинаково.

Влияние склонов на почвообразование будет расти с увеличением их крутизны. Поэтому почвенный покров склонов будет отличаться от водораздельных плато тем больше, чем больше их крутизна. На слабопологих склонах эрозионные процессы протекают слабо, и процесс почвообразования проходит примерно в таких, же условиях, как и на плато. На покатых же и крутых склонах эрозионные процессы совершаются бурно, и в данном случае склоны тормозят развитие нормального для данной местности почвенного, покрова. В пределах Воронежской области повсюду можно встретить зависимость почвенного покрова от крутизны склонов. В большинстве случаев между крутизной склонов и мощностью почв существует такая связь: чем круче склон, тем меньше мощность гумусового горизонта и содержание в нем гумуса.

На почвообразование оказывает влияние также форма склонов. В природе встречаются склоны с одинаковым уклоном на всем его протяжении, склоны выпуклые, т. е. такие, у которых крутизна в верхней части незначительная, а с понижением возрастает, склоны вогнутые, у которых крутизна сначала большая, а затем книзу уменьшается. В зависимости от формы склона формируются различные почвы, и создается пестрота почвенного покрова.

Таким образом, рельеф (макрорельеф, мезорельеф, микрорельеф) Воронежской области весьма сложный и разнообразный. Он оказывает сильное влияние на почвообразование как прямое (непосредственное), так и косвенное— через климат, растительность, материнские породы. Хотя Воронежская область расположена в пределах подзон типичных и обыкновенных черноземов, почвенный покров ее представлен множеством других почв, заметно отличных от указанных зональных черноземов.

В пределах черноземных областей России почвы сформировались на разных по генезису и свойствам материнских породах, обладающих пестрым литологическим и гранулометрическим составом. Девонские, каменноугольные, меловые и юрские отложения в качестве почвообразующих пород встречаются чрезвычайно редко.

Несколько чаще в степной и лесостепной частях рассматриваемого региона в качестве почвообразующих пород выступают неогеновые глины. Для них характерны зеленовато-оливковый цвет, значительная карбонатность, призмовидная структура. Во влажном состоянии они становятся липкими, вязкими. Неогеновые глины содержат 60—80% физической глины и 45—55% ила.

Плотные глины неогена при близком залегании к поверхности создают геохимические барьеры на пути нисходящих потоков растворов, аккумулируют соли способствуют образованию солонцеватых почв, солонцов, солодей.

В южной половине региона на склонах нередко в качестве почвообразующих пород выступают продукты разрушения писчего мела. На глубине 70—100см мелкозернистый элювий переходит в грубый рухляк мела и глубже подстилается плотным писчим мелом. Элювий мела неоднороден по механическому составу и физико-химическим свойствам. Содержание физической глины в нем колеблется от 40−65%, крупной пыли — от 30−45%. Реакция среды щелочная (рН 7,8—8,4), карбонатность очень высокая (60−70СаСОз). Эти породы бедны элементами питания, обладают плохими физическими и водно-физическими свойствами. На них образовались черноземы остаточно-карбонатные имеющие заметное распространение в Белгородской и Воронежской областях.

Древнеаллювиальные отложения в качестве почвообразующих пород выступают местами на террасах рек. Они отличаются неоднородным составом и свойствами. Легкие по гранулометрическому составу породы имеют следующие показатели: содержание SiO2 — 90−95%, полуторных окислов 1,5—6%; реакция среды колеблется от кислой до слабощелочной. Наряду с ними встречаются суглинистые и глинистые древнеаллювиальные почвообразующие породы со значительным содержанием глинистых частиц и поглощенных оснований, на которых формируются черноземно-луговые почвы высокого естественного плодородия.

По днищам балок распространены аллювиально-делювиальные отложения, сложенные материалом, смытым со склонов, а также вынесенным из оврагов временными водотоками.

Лессы залегают на юго-западном склоне Среднерусской возвышенности до линии Дмитриев — Льгов — Гайворон. По гранулометрическому составу они относятся к классу крупно пылеватых средних суглинков с резким преобладанием фракции 0,05−0,01 мм, на долю которой приходится более половины всей массы породы. Иловатая фракция занимает второе место (20—28%). Физические свойства лессов хорошие. Плотность сложения составляет 1,29—1,31 г/см3, удельная масса 2,67−2,70, общая порозность превышает 50%. Лессы содержат 80% SiO2, 13% R2Оз, 1,5% окислов кальция и магния и 4% окислов калия и натрия в пересчете на прокаленную бескарбонатную навеску.

Лессы карбонатны (содержат 10—12% СаСОз), имеют слабощелочную реакцию (рН 7,6—8,2). Почвенный поглощающий комплекс их насыщен кальцием и магнием, сумма которых колеблется от 15 до 20 мг-экв/100г. Лессовидные тяжелые суглинки. В центральной и южной частях Среднерусской возвышенности, не покрывавшихся днепровским ледником, почвообразующими породами служат лессовидные суглинки элювиально-делювиального происхождения. Мощность их колеблется от 2—5м на водоразделах до 10−15м на склонах речных долин и балок. Они имеют буровато-желтый, палево-желтый и палевый цвета, комковато-призмовидную структуру, пористы, карбонатны с выделением СаСОз в виде плесени, псевдомицелия, белоглазки, журавчиков, дутиков. Физические свойства лессовидных суглинков характеризуются следующими показателями: объемная масса составляет 1,35—1,53г/см3, удельная масса 2,68—2,76, общая порозность 42—52%.

Покровные лессовидные глины. На территориях покрывавшихся днепровским ледником, почвы сформировались преимущественно на покровных лессовидных глинах, подстилаемых мореной днепровского оледенения, мощностью 1—10м. Мощность покровных лессовидных глин колеблется от 3 до 15 м. В северной части рассматриваемого региона они отличаются вертикальной неоднородностью и в пределах верхней 2—3-метровой толщи этих пород отмечаются прослои и линзы песков, тонкая горизонтально слоистость. На остальной территории покровные глины имеют однородный гранулометрический состав до глубины 4−6м.

Покровные глины имеют желто-бурый с палевым или коричневатым оттенком цвет, комковато-призматическую структуру, сравнительно плотное тонкопористое сложение.

Растительность. Растительность, как известно, является ведущим фактором почвообразования. Поэтому характеристика растительного покрова как фактора почвообразования и как фактора географического распространения почв в пределах Воронежской области представляет особый научный интерес. Дело в том, что на территории Воронежской области проходит граница между лесостепной и степной зонами. В прошлом эта граница изменялась, что откладывало известный отпечаток на ход почвообразования и эволюцию почв.

Соотношение площадей, занятых степями и широколиственными лесами, изменялось в сторону уменьшения лесов и увеличения степей. Благодаря этому граница между степью и лесостепью передвигалась к северу. Лесные массивы постепенно вытеснялись степью, остепнялись.

В настоящее время Воронежская область по растительному покрову, определяющему направление почвообразовательного процесса, делится на две неравные части: лесостепную и степную. Северная часть области, занятая лесостепью, охватывает очень большие пространства, благодаря чему она неоднородна как по флористическому составу, так и по соотношению отдельных растительных формаций. Лесостепная зона в пределах Воронежской области делится на подзону типичной лесостепи и подзону южной лесостепи. Степная зона в пределах Воронежской области делится на подзоны северной и южной степи. В подзоне типичной лесостепи лесные массивы в настоящее время занимают частично водораздельные плато, склоны водоразделов, балки, речные долины. Растительность и флора лесных массивов (дубовых) представлены следующими видами растений.

1.2 Органическое вещество почв и его изменение в результате влияния сельскохозяйственного использования

Органическое вещество почвы и его качественное состояние играют определяющую роль в формировании почвы, ее важнейших свойств и признаков. В этом отношении значение органического вещества почвы трудно переоценить. Проблема органического вещества почв всегда занимала одно из центральных мест в теоретическом и прикладном почвоведении. Органические вещества принимают участие в миграции различных элементов в почве и биосфере, аккумулируют большое количество углерода, элементов питания растений, способствуют формированию водопрочной структуры и оптимальной порозности, препятствуют развитию эрозионных процессов, выполняя биогеохимическую функцию в земной коре. Важную роль играет способность органического вещества почв обеспечивать разнообразие и активность необходимых для поддержания почвенного плодородия микроорганизмов, ферментов, простейших. Одна из важнейших функций органического вещества — обеспечение растений элементами питания и, в первую очередь, азотом. Освобождение азота органических соединений при их минерализации вносит существенную корректировку в систему применения удобрений. Большую значимость приобретают такие функции органических соединений почв, как способность изменять подвижность и усвояемость элементов питания в почвах. При этом роль органического вещества может быть как положительной, так и отрицательной. В процессе интенсификации земледелия усиливаются экологические аспекты в оценке роли органических веществ. В современном земледелии оно выступает в качестве разрешающего фактора химизации с точки зрения обеспечения буферности почв и поглотительной способности по отношению к удобрениям, преодоления нагрузки пестицидами и другими химическими веществами. Обеспеченность почв органическим веществом определяет возможности минимализации обработки почвы и, соответственно, сокращения энергетических затрат, способствует повышению устойчивости земледелия при неблагоприятных погодных условиях. По данным агрохимической службы средневзвешенное содержание органического вещества в пахотных почвах России составляет 4,1% (по состоянию на 01.01.2002 г.), однако более чем для 20 млн. га, преимущественно в Нечерноземной зоне, содержание органического вещества составляет менее 2%.

Все органические вещества почвы по своему происхождению, характеру и функциям четко делятся на две большие группы: органические остатки и гумус. Система гумусовых веществ почвы занимает одно из главных мест в числе химических компонентов биогеоценозов, требующих глубокого теоретического анализа и практической конкретизации.

Еще В. В. Докучаев обращал внимание на то, что накопление гумуса в почвах и его состав зависят от скорости и условий минерализации органического вещества, от закрепления гумусовых веществ минеральными компонентами почвы, связывая это с гидротермическими условиями, механическим составом почв, особенностями растительного покрова и характером поступления в почву растительных остатков. Эти взгляды были впоследствии развиты в трудах И. В. Тюрина, М. М. Кононовой, В. В. Пономаревой.

По вопросу об уровнях накопления гумуса к настоящему времени опубликовано немало работ, предложен ряд математических моделей, позволяющих с большей или меньшей надежностью осуществлять балансовые расчеты и прогнозировать темпы накопления или потерь гумуса, причем не только в целинных, но и в пахотных почвах, в том числе на фоне длительного применения органических и минеральных удобрений; последний вопрос детально изучен Л. К. Шевцовой. На кислых дерново-подзолистых почвах отсутствие накопления органического вещества связывают с ослаблением процессов гумификации и закрепления гумусовых веществ. Содержание, запасы и состав гумуса относятся к числу важнейших показателей, от уровня которых зависят практически все агрономически ценные свойства почв. Эти же показатели используются при решении задач классификации и диагностики почв. При интенсификации земледелия особое значение приобретает способность гумуса снижать отрицательное действие на растения высоких и сверхвысоких доз минеральных удобрений. Вторая общая особенность обогащенных гумусом почв заключается в повышенной устойчивости водно-пищевого режима, буферности почв по отношению к внешним факторам, что снимает зависимость урожаев от погодных условий, повышает устойчивость земледелия.

Гумус выполняет многочисленные функции в формировании почв и почвенного плодородия. Оптимальное содержание гумуса в почве обеспечивает агрономически ценную структуру и благоприятный водно-воздушный режим, улучшает прогреваемость почв. С гумусом связаны важнейшие физико-химические показатели почв, в том числе высокая емкость катионного обмена, кислотно-основная буферность почв; гумусовые вещества инактивируют многие элементы, в частности, тяжелые металлы, поступающие в почву в результате техногенных загрязнений; от качества и уровня содержания гумуса зависит кислотность почвы и развитие восстановительных процессов. Оптимальным можно считать такое гумусное состояние почв, которое благоприятно для получения запланированного урожая при обязательном условии наиболее эффективного использования вносимых удобрений и максимальной эффективности агротехнических приемов. Почва с оптимальным характером гумуса должна быть максимально устойчива к действию разрушающих факторов (эрозии, дефляции) или других процессов, снижающих ее плодородие.

Для оптимизации режима органического вещества почвы первостепенное значение имеет оценка количественных параметров его компонентов, их качественный состав, свойства, а также идентификация факторов, влияющих на эти показатели. Установленные общие закономерности позволили оценить, какие из общих природных условий и в какой мере влияют на уровни накопления гумуса и формирование его качественного состава.

Среди факторов, влияющих на превращение органических веществ и гумусовое состояние почв, наиболее заметно прослеживается влияние процессов почвообразования, способов и приемов обработки, а также действие удобрений.

Процесс оподзоливания есть следствие круговорота органического вещества в условиях умеренно холодного климата. Содержание, состав, свойства и режим органического вещества целинных подзолистых почв обусловлены прежде всего биоклиматической обстановкой его формирования и в меньшей степени собственно оподзоливанием, как процессом разрушения минералов. Бедный основаниями и азотом опад таежных лесов, умеренно холодный климат с достаточным (а в отдельные периоды избыточным) увлажнением, промывной тип водного режима, недостаточные аэрации и микробиологическая активность, кислая реакция среды и преобладание кислых пород — комплекс условий, определяющих превращение органических веществ по типу образования фульватного гумуса и значительного образования водорастворимых органических соединений неспецифической природы при трансформации опада. При распашке целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв необходимо учитывать изменение гидротермических условий, физико-химических факторов превращения и закрепления органических веществ, а также унаследование пахотными почвами состава гумуса, сформировавшегося в результате развития почвообразовательного процесса.

Введение

дерново-подзолистых почв в пашню приводит к снижению содержания гумуса.

Главные причины потери гумуса пахотными почвами следующие:

1) Уменьшение количества растительных остатков, поступающих в почву, при смене естественного биоценоза агроценозом.

2) Усиление минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации почв.

3) Разложение и биодеградация гумуса под влиянием физиологически кислых удобрений и активации микрофлоры за счет вносимых удобрений.

4) Усиление минерализации в результате осушительно-оросительных мелиораций.

5) Эрозионные потери гумуса, в результате которых содержание гумуса падает до тех пор, пока не остановлена эрозия.

Скорость абсолютных потерь может постепенно снижаться, поскольку в сильно эродированных почвах смыву подвергаются менее гумусированные горизонты. В этих условиях резко изменяется режим, форма поступления органического вещества, его состав и свойства. Хотелось бы отметить, что за последние годы произошли существенные изменения в структуре земельных угодий: площадь пашни, используемая в сельскохозяйственном производстве России, сократилась за последние 13 лет на 15 млн. га или 12%. На состав и свойства гумусовых веществ воздействуют и все виды обработок почвы, что подтверждается данными физико-химического анализа. Под влиянием более глубокой обработки увеличивается их общая лабильность, количество в составе гумусовых кислот алифатических и кислородсодержащих группировок. Поверхностная обработка в большей степени осуществляет защитные функции, заключающиеся в предохранении гумусовых кислот от деградации. Минерализация гумуса больше при ярусной вспашке на 40 см., по сравнению с отвальной вспашкой. Более рациональному использованию запасов органического вещества способствуют минимальная обработка почвы и совместное применение органических и минеральных удобрений.

К настоящему времени имеется достаточно материалов, свидетельствующих о том, что органические и минеральные удобрения являются значительным резервом сохранения и воспроизводства гумуса в пахотных почвах, наряду с почвозащитными и противоэрозионными мероприятиями, расширением посевов многолетних трав, введением севооборотов и оптимизацией посевных площадей. Известно, что длительное использование дерново-подзолистых почв без пополнения органического вещества и элементов питания существенно снижает их плодородие и, соответственно, производительность. На 13−35% уменьшается содержание гумуса. При этом чем дольше период пользования, тем выше потеря плодородия. В длительных стационарных опытах ТСХА потери гумуса в дерново-подзолистой почве составляли до 40%: материалы подтверждают, что 40−60-летнее использование дерново-подзолистых почв без удобрения приводит к уменьшению содержания гумуса на 38−40%.

Сводные данные показывают, что в дерново — подзолистых почвах за 30−50- летний период использования их в пашне содержание гумуса устойчиво снижалось на 32−41% к исходному количеству.

По данным зарубежных исследователей, потери гумуса в почвах нечернозёмного ряда при длительном использовании составляют 13−25% к исходному содержанию, на отдельных участках зафиксировано снижение гумуса до 61−72%. Современные темпы потерь гумуса, как уже упоминалось, особенно опасны и значительны в Нечерноземной зоне и составляют 0,5−0,7 т/га пашни в год. Здесь они вызваны в основном активной минерализацией органического вещества почвы и интенсивным возделыванием сельскохозяйственных культур. Это значит, что и без того бедные гумусом почвы зоны за 20−25 лет теряют 03−0,6% гумуса, или около ¼ запасов, содержащихся в пахотном горизонте. Гипотетически ожидаемые потери гумуса пахотными почвами из слоя 0−20 см к 2010 году могут составить примерно половину современных запасов, а к 2025 году в некоторых почвах вообще не останется гумуса.

При внесении удобрений в почве происходят не только процессы образования новых молекул гумусовых кислот, но и процессы их фрагментарного обновления за счет первичных продуктов разложения органических остатков.

Под влиянием систематического внесения удобрений в полевых севооборотах удается не только предотвратить потери органического вещества из почв, но и поддержать его на более высоком уровне в сравнении с контролем. Повышение содержания углерода органического вещества при минеральной (на 10−48%) и органоминеральной (на 19−38%) системах происходит за счёт более высокого накопления биомассы микроорганизмов, корневых и пожнивных растительных остатков, которые служат резервом для гумификации и минерализации гумуса. При этом изменяется качественный состав гумуса: увеличивается доля гуминовых и наиболее мобильных фракций гумусовых кислот.

Навоз, по всем встречающимся в литературе данным, оказывает только положительное влияние на содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах по сравнению с неудобрявшимся контролем, и действие его более эффективное, чем одних минеральных удобрений. Систематическое внесение 6−10 т. навоза на гектар севооборотной площади поддерживало более высокий уровень гумуса по сравнению с контролем (на 14−23%) в дерново-подзолистых почвах европейской части России.

При внесении навоза в почве не только повышается содержание гумуса; значительное количество его (в виде пленочного гумуса), адсорбируясь на поверхности минералов, способствует образованию активных кислотных центров, составляющих основу структурных агрегатов. Известно также о положительном влиянии навоза и других органических удобрений на физические, химические и биологические свойства почв, что способствует глубокой трансформации органических и минеральных веществ.

В дерново-подзолистых почвах старейших опытов по изучению систем удобрений ТСХА, ВИУА, НИУИФ, положительные изменения в содержании гумуса ещё существеннее: запасы гумуса в вариантах, где в почву систематически вносили навоз, в 1,4−1,6 раза выше, чем на не удобрявшихся участках.

Но существуют и противоположные результаты: длительное внесение навоза в дерново-подзолистых почв не приводит к увеличению содержания гумуса по сравнению с первоначальным его количеством, а только поддерживает на исходном уровне, то есть создает бездефицитный баланс органического вещества. В то же время при одностороннем внесении минеральных удобрений, как правило, происходит увеличение лабильности гумуса. Для того, чтобы уменьшить его подвижность, необходимо вносить в почву одновременно органические и минеральные удобрения или органоминеральные удобрения. Показано, что длительное совместное применение органических и минеральных удобрений стабилизирует уровень плодородия или повышает его по сравнению с исходным. Действие минеральных удобрений на содержание гумуса в почвах проявляется неоднозначно. Одни исследователи отмечают снижение органического вещества в почве при систематическом внесении минеральных туков, хотя и значительно меньше, чем на полях, где удобрения не вносили. Другие показывают положительную роль минеральных удобрений в поддержании содержания гумуса на исходном уровне. Существует третья точка зрения, подтвержденная экспериментально, которая заключается в том, что минеральные удобрения при длительном внесении в севооборотах способствуют накоплению гумуса в почвах в количествах, превышающих исходное его содержание. Экспериментальные данные показывают, что длительное применение минеральных удобрений на кислой дерново-подзолистой почве оказало слабое влияние на процессы гумусонакопления. Содержание гумуса в пахотном слое почвы увеличилось лишь на 7−15%, а в подпахотном осталось без изменений.

При увеличении доз азотных удобрений содержание гумуса увеличилось в 2 раза по сравнению с контрольным вариантом.

Применение полного минерального удобрения на среднесуглинистых дерново-подзолистых почвах Московской области однозначно превысило содержание гумуса на 3−36%. При этом сочетание удобрений с известью, как правило, способствовало росту в 2−2,5 раза темпов накопления органического вещества. На почвах легкого гранулометрического состава действие удобрений на изменение содержания гумуса находится чаще на уровне поддерживающего, так как различия с контролем составляют 2−7%. Заметный сдвиг в сторону накопления гумуса наблюдается в вариантах с известкованием.

По итогам научных исследований в Длительном полевом опыте ТСХА систематическое внесение органических и минеральных удобрений как при бессменных культурах, так и в севооборотах разных типов решающим образом влияет на количественные превращения органического вещества. Однако роль органических и минеральных удобрений в гумусовом балансе, как показывают экспериментальные данные, принципиально различна. Органические удобрения могут оказывать прямое действие на баланс органического вещества почвы, частично переходя непосредственно в форму гумусовых веществ почвы (гумификация углерода органических удобрений). Минеральные удобрения таким эффектом не обладают, их положительное действие на гумусовый баланс только косвенное. С повышением урожая увеличивается количество отчуждаемой и оставляемой в поле растительной массы, значительная часть питательных веществ урожая возвращается в поле в виде органических удобрений. Возможно также затормаживающее действие минеральных удобрений (за счет отрицательного действия на биологическую активность почвы) на процессы минерализации гумуса почвы. Косвенное действие, естественно, свойственно и органическим удобрениям. По материалам о динамике органического вещества почвы длительного опыта ТСХА систематическое внесение минеральных удобрений под бессменные посевы озимой ржи значительно снижает потери гумуса, но баланс органического вещества остается все же дефицитным. Только ежегодное внесение навоза обеспечивает положительный баланс углерода в почве.

Исследования показывают, что минеральные удобрения более эффективны, если их применяют на дерново-подзолистых почвах с более высоким содержанием гумуса. Систематическое же применение одних минеральных удобрений в длительных стационарных опытах в зависимости от почвенно-климатических условий или снижает содержание гумуса в почве, или стабилизирует и несколько повышает его количество от исходного уровня. Значительное повышение содержания гумуса на дерново-подзолистых почвах отмечается при совместном применении органических, минеральных удобрений и известковании.

Таким образом, возрастающие нагрузки на почвы в условиях интенсивного сельскохозяйственного производства приводят к повсеместному ухудшению их гумусового состояния. На фоне дегумификации пахотных почв усиливается отрицательное влияние агрогенного переутомления, обесструктуривания и загрязнения различными токсическими соединениями при сильном снижении буферности почв.

Применение удобрений наряду с количественными изменениями приводит к качественным изменениям в составе гумусовых веществ, оценка которых имеет большое научное и практическое значение.

По мнению Л. Н. Александровой, можно временно создать благоприятный режим внесением минеральных удобрений, но нельзя сохранить почву как производственную силу длительное время, не обеспечив определенный уровень равновесия между ее органической и минеральной частями. Коренное улучшение гумусового режима дерново-подзолистых почв с изменением типа гумусовых веществ возможно лишь при внесении больших доз органических удобрений. Ежегодное, в течение нескольких десятков лет_, внесение больших доз навоза постепенно приводит к существенному увеличению содержания гумуса в пахотном слое; создание значительной его мощности также приводит к накоплению больших запасов гумуса.

При этом улучшается качественный состав гумуса — уменьшается доля фульвокислот (ФК) и увеличивается доля гуминовых кислот (ГК) за счет подвижных фракций. Это свидетельствует о необходимости контроля за динамикой накопления этих фракций и соотношения между лабильными и стабильными компонентами почвенного гумуса.

1.3 Изменение структурно-агрегатного состава черноземов под влиянием орошения

Многие показатели физических свойств почв очень динамичны и поэтому претерпевают существенные изменения при сельскохозяйственном использовании земель. Особенно интенсивно это происходит при нарушении естественно сложившихся условий увлажнения в результате введения почвенных массивов в орошаемое земледелие.

Разрушение структуры почв происходит в основном за счет механического разрушительного действия поливных вод и в результате вытеснения кальция из поглощающего комплекса.

Изучение этого вопроса проводилось в хозяйствах Воронежской области. На основе изучения фондовых материалов и полевого рекогносцировочного обследования орошаемых территорий на каждом из двух подтипов черноземов были выбраны ключевые участки, образующие хронологические ряды со следующими сроками орошения: 5, 10, 15 и более 30 лет.

В основу выбора исследуемых объектов была положена идентичность почвенных, геоморфологических, гидрологических (уровень грунтовых вод >10м) условий, почвообразующих пород (лёссовидные суглинки), сельскохозяйственного использования (под многолетние травы, в основном под люцерну) II способа полива (дождевание машинами «Волжанка» и «Фрегат»).

Параллельно каждому орошаемому участку в аналогичных почвенно-экономических условиях в качестве контроля выбраны опытные участки (без орошения).

На каждом из выбранных участков методом парных разрезов (орошаемый участок — богара) из шести точек отбирали почвенные образцы на глубину до 50 см, методом сплошной колонки (из каждых 10 см). В образцах определяли структурно-агрегатный состав по методу Саввинова.

Доля агрегатов размером более 0,25 мм в слое 0—30 см в обоих подтипах почв составляет около 95%. Ниже по профилю (слой 30—50 см) количество данных агрегатов уменьшается незначительно. Содержание агрегатов размером более 10 мм в верхнем слое (0—30 см) черноземов равно в среднем 17%.В слое 40—50 см количество их несколько меньше и составляет 14,4% для типичного и 12,1% для обыкновенного черноземов. Снижение макроструктурных элементов в указанных горизонтах, по-видимому, связано с ослаблением воздействия сельскохозяйственной техники на более глубокие слои почвы. Неорошаемые черноземы содержат значительное количество агрономически ценных структурных агрегатов. В пахотном горизонте черноземов содержание их варьирует от 75,2 до 77,7%.

Орошение черноземов в течение 15 лет привело к заметным изменениям структуры почв. Структура пахотного и подпахотного горизонтов приобрела отчетливо выраженные черты глыбистости. Количество агрегатов размером более 10 мм при орошении в верхнем 30-сантиметровом слое увеличилось почти в 2 раза и составило в типичном черноземе 30,7%, в обыкновенном—26,11%; в слое 40—50см эта фракция также увеличилась и составила соответственно 25,0 и 26,4%.

Таким образом, количество агрегатов диаметром более 10' см в слое 0—30 см увеличилось при орошении в типичном черноземе на 13,7%, в обыкновенном—на 9%, в слое 30—50см—соответственно на 10,6 и 14,3%.

За счет образования глыб в почвах орошаемых участков снизилось содержание агрегатов размером менее 0,25 мм. В слое типичных черноземов 0—30 см снижение составило 5,8%, обыкновенных—3,4%; в слое 40−50 см эти величины соответственно разны 2,5 и 3,8%.

Под воздействием орошения изменилось и количество агрономически ценных структурных агрегатов. Как в типичных, так и в обыкновенных черноземах отмечено снижение их содержания. Таким образом, орошение оказало заметное влияние на 'структурно-агрегатный состав верхнего 50-сантиметрового слоя исследуемых почв.

По результатам мокрого просеивания почвы неорошаемых контрольных участков характеризуются достаточно высоким содержанием водопрочных агрегатов. Их количество в верхней части профиля (слой 0—30 см) составляет 68—69%.

Водопрочность структуры, по А. Ф. Вадюниной и З. А. Корчагиной, имеет двоякую природу. Она может быть обусловлена стойким химическим и физико-химическим закреплением коллоидов (необратимая коагуляция коллоидов). С другой стороны, агрегаты могут быть водопрочными вследствие их неводопроницаемости при резком снижении порозности. В наших исследованиях в условиях орошения возрастает плотность почв, снижается порозность и водопроницаемость, т. е. можно ожидать и увеличение водопрочности структурных агрегатов. Однако анализ показал снижение водопрочности агрегатов во всем верхнем 50-салти-мстровом слое орошаемых типичных и обыкновенных черноземов. Можно предположить, что причиной этого являются изменения физико-химических свойств исследуемых почв.

Изменение водопрочности агрегатов обусловливает снижение критерия водопрочности орошаемых почв (в большей степени черноземов типичных). В слое 0—30 см критерий водопрочности черноземов типичных уменьшается на 15,6.%, черноземов обыкновенных—на 2'%.

В слое 30—50' см наиболее заметное уменьшение критерия водопрочности также наблюдается у черноземов типичных (от 7,9 до 57,0%).

Таким образом, орошение черноземов приводит к заметному ухудшению их структурного состояния, изменения охватывают значительную толщу почвенного профиля (50см) и наиболее сильно выражаются в уменьшении количества агрономически ценных структурных агрегатов и увеличении глыбистости.

Вывод. Структура почв, отражая характер почвообразовательного процесса, является одним из существенных факторов почвенного плодородия. Общеизвестно, что многие свойства почв, особенно физические, находятся в тесной коррелятивной зависимости от почвенной структуры. Длительное сельскохозяйственное использование черноземов и других почв ЦЧО приводит к ухудшению их структуры, обусловливающей неблагоприятные изменения водно-воздушного, теплового и питательного режимов. Кроме того, ухудшение структуры почв влечет за собой уменьшение их водопроницаемости и, как следствие, развитие процессов водной эрозии, особенно заметных в западной части ЦЧО, расположенной в пределах Среднерусской возвышенности. Поэтому рациональное сельскохозяйственное использование черноземных почв немыслимо без создания и сохранения водопрочной агрономически ценной структуры.

2. Объекты и методы исследований

2.1 Объекты исследований

Объектами наших исследований являлись черноземы обыкновенные среднесуглинистые, отобранные в Каменной степи Воронежской области. Места отбора образцов почв находились на пологой приводораздельной поверхности с крутизной около 0,5^о на участке под пашней и на участке некосимой заповедной степи.

Разрез 34, пашня

А_п 0−26/26 пахотный, темно-серый с буроватым оттенком, глыбисто-комковатый, среднесуглинистый, уплотнен, пористый, свежий, обильные корни, переход ясный по плотности и структуре;

А 26−33/7 гумусово-аккумулятивный, темно-серый, комковатый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, обильные корни, переход постепенный по цвету и структуре;

АВ 33−56/23 гумусовый переходный, темно-серый с буроватым оттенком, крупнокомковатый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, многочисленные корни, переход постепенный по цвету;

В₁ 56−77/21 горизонт гумусовых затеков, неоднородно окрашенный, чередование серых и бурых пятен, плотный, тонкопористый, свежий, отдельные корни, вскипание с 77 см, переход постепенный по цвету;

В_2к 77−97/20 карбонатный горизонт, бурый, крупнокомковато-призматический, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, рыхлые скопления карбонатов в виде белоглазки, переход постепенный;

ВС_к 97−125/28 переходный к породе, светло-бурый, непрочно-глыбистый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, переход постепенный;

С_к 125−143 почвообразующая порода, лессовидный средний суглинок, палево-бурый, бесструктурный.

Почва: Чернозем обыкновенный среднемощный среднесуглинистый на лессовидном суглинке освоенный

Разрез 35, некосимая целина.

А_д 0−4/4 неплотная дернина;

А 4−34/30 гумусово-аккумулятивный, темно-серый, комковато-мелкокомковатый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, обильные корни, переход постепенный по цвету и структуре;

АВ 34−59/25 гумусовый переходный, темно-серый с буроватым оттенком, крупнокомковатый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, многочисленные корни, переход постепенный по цвету;

В₁ 59−76/17 горизонт гумусовых затеков, неоднородно окрашенный, чередование серых и бурых пятен, плотный, тонкопористый, свежий, отдельные корни, вскипание с 76 см, переход постепенный по цвету;

В_2к 76−94/18 карбонатный горизонт, бурый, крупнокомковато-призматическая, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, рыхлые скопления карбонатов в виде белоглазки, переход постепенный;

ВС_к 94−129/35переходный к породе, светло-бурый, непрочно-глыбистый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, свежий, переход постепенный;

С_к 129−143 почвообразующая порода, лессовидный средний суглинок, палево-бурый, бесструктурный.

Почва: Чернозем обыкновенный среднемощный среднесуглинистый на лессовидном суглинке.

Черноземы обыкновенные по строению и свойствам близки к типичным, но по сравнению с последними в них ослаблен процесс гумусонакопления.

Фациальные подтипы обыкновенных черноземов теплых промерзающих и кратковременно промерзающих, умеренно теплых промерзающих и умеренных промерзающих распространены соответственно в степях Украины, Русской равнины, Западной Сибири и Северного Казахстана. Они сформировались под покровом разнотравно-ковыльной степной растительности, в настоящее время практически полностьюраспаханы.

Морфологический профиль имеет то же строение, что и у типичных черноземов, характеризуется гумусовым горизонтом средней мощности (40—80 см). Содержание гумуса в пахотном слое черноземов обыкновенных перечисленных фаций тяжелого и среднего гранулометрического состава составляет 6—8%. Для фаций умеренно теплых и умеренных черноземов, формирующихся в условиях континентального климата, отмечается карманистая граница между гумусовым и переходным горизонтами. Вскипание наблюдается внизу горизонта, А или в начале АВ.

Рис. 1. Профильная характеристика обыкновенных черноземов:

I — фаций теплых кратковременно промерзающих, теплых промерзающих, умеренно-теплых промерзающих и умеренных промерзающих почв; II — фации очень теплых периодически промерзающих почв; III — фации умеренных длительно промерзающих почв. Карбонатные выделения в профиле: 1 — прожилки; 2 — псевдомицелий; 3 — белоглазка;4 — мучнистые скопления; 5 — натеки на щебне

Карбонатные выделения появляются немного ниже линии вскипания и представлены преимущественно редкими прожилками или неясными пропиточными пятнами; ниже появляется обильная белоглазка с максимумом в горизонте Вса. Иногда на глубине 2—3 м в профиле встречаются выделения гипса. Профиль не дифференцирован по содержанию ила и полуторных оксидов.

Фациальный подтип черноземов обыкновенных очень теплых периодически промерзающих распространен в Предкавказье, Крыму, юге Украины, в Молдавии. Эти почвы отличаются большой мощностью гумусового горизонта (А + АВ = 80—120 см) при содержании гумуса в пахотном слое 3—6%. Профиль интенсивно перерыт, очень рыхлый, часто дырчатый. Почвы вскипают с поверхности или в верхней части горизонта, А (до 30 см). Выделения карбонатов наблюдаются на глубине 30—40 см сначала в виде налетов, затем в виде жилок. На глубине 100—120 см нечетко выраженная белоглазка.

Фациальный подтип черноземов обыкновенных умеренных длительно промерзающих распространен в Средней и Восточной Сибири в районах с резкоконтинентальным климатом с очень морозной зимой и коротким теплым периодом. Промерзание почв достигает 3—3,5 м. Черноземы имеют небольшой мощности гумусовый горизонт (30—45 см) с содержанием гумуса в пахотном горизонте при тяжелом и среднем гранулометрическом составе 4—6%. Ниже гумусового горизонта содержание гумуса резко уменьшается. Для черноземов Средней Сибири характерна резкоязыковатая и карманистая форма границы гумусового горизонта, в черноземах Восточной Сибири она неясноязыковатая и волнистая. Почвы вскипают в нижней части гумусового горизонта. Максимум карбонатов приурочен к верхней части карбонатного горизонта. Выделения карбонатов в виде пропиточно-мучнистой, пятнистой или натечной на щебне форм.

2.2 Методы исследований

2.2.1 Методика определения содержания и состава легкоразлагаемого органического вещества почв (Н.Ф.Ганжара, Б.А.Борисов)

В основу метода положен широко известный принцип разделения веществ, различающихся по плотности, в тяжелых жидкостях.

1) Отбор образцов. Отбор образцов проводится в соответствии с методикой массового агрохимического обследования. В связи с существенными сезонными изменениями содержания в почве ЛОВ, образцы следует отбирать после уборки урожая или весной перед посевом

2) Отбор проб. Образцы почв доводят до воздушно-сухого состояния, измельчают полностью вместе с корнями, пропускают через сито с круглыми отверстиями диаметром 1 — 2 мм и хранят в коробках или пакетах. Пробу на анализ отбирают шпателем, предварительно перемешав на всю глубину коробки. Масса пробы 20 грамм с погрешностью не более 0,1 грамма.

3) Аппаратура, материалы, реактивы. Для проведения анализа применяют:

· центрифуги

· весы лабораторные 4-го класса точности

· установки фильтрационные

· сушильный шкаф с температурой прогрева не менее 105^оС

· муфельную печь с температурой прогрева не менее 900 ^оС

· чашки фарфоровые вместимостью 50 мл

· тигли фарфоровые вместимостью 5 мл

· воронки стеклянные

· стеклянные палочки с резиновым наконечником

· натрий йодистый

· спирт этиловый

· воду дистиллированную