Объекты и методы исследования

В качестве объекта исследования был выбран чернозем миграционно-сегрегационный с различной степенью выраженности локального переувлажнения, обусловленного разными причинами. Согласно Классификации почв России (2004) почвы мочарных ландшафтов относятся к гидрометаморфизованным подтипам в соответствующих типах черноземов. Исследования проводились в Зерноградском районе Ростовской области. Территория Зерноградского района представляет собой слабоволнистую равнину, расчленённую балочно-речной сетью и характеризуется слабой естественной дренированностью, что обусловлено равнинным характером его рельефа. Почвообразующие породы преимущественно представлены лессовидными отложениями.

Объектом нашего изучения являются почвы, располагающиеся на залежных участках, выведенных из сельскохозяйственного оборота, как правило, в небольших понижениях на пашне. Растительность представлена влаголюбивыми видами. Доминирующий вид — тростник обыкновенный (Phrбgmites austrбlis). От пашни тростниковый участок отделен узкой полосой разнотравья, представленного в основном такими видами как осот розовый (Cirsium arvense), мятлик луговой (Poa pratйnsis), костер кровельный (Bromus tectorum L), пырей ползучий (Elytrigia repens), и т. д. Одновременно была отобрана зональная почва, не несущая морфологических признаков переувлажнения и залегающая на плакоре. Растительность представлена сельскохозяйственными видами.

Содержание гумуса определяли по Тюрину со спектрофотометрическим окончанием по Орлову-Гриндель (Воробьева, 2006). Качественный состав гумуса определяли по схеме Тюрина в модификации В. В. Пономаревой и Т. А. Плотниковой (1975). Неорганический углерод (СО₂ карбонатов) определяли на анализаторе общего органического углерода TOC-L CPN Shimadzu. Структуру определяли «сухим» и «мокрым» просеиванием по методу Н. И. Саввинова (Вадюнина, Корчагина, 1973). Гранулометрический состав определяли, используя метод пипетки Н. А. Качинского (подготовка к анализу производилась с использованием пирофосфата натрия), анализ водной вытяжки по ГОСТ 26 424–85 — 26 428−85, рНводн. по ГОСТ 26 423–85.

Изменение свойств и режимов переувлажненных почв характеризовалось общими тенденциями и направлением трансформационных процессов, а некоторые различия обуславливаются исходной неодинаковостью черноземов, подвергающихся переувлажнению. Общность изменений объясняется, на наш взгляд тем, что в таких локально переувлажненных ландшафтах ведущим фактором почвообразования выступают почвенно-грунтовые воды, вызывающие характерные изменения в свойствах черноземов. Этот единый трансформирующий фактор в значительной степени сглаживает особенности, обусловленные возможными различиями в рельефе и почвообразующих породах, поэтому изменения свойств черноземов при локальном переувлажнении достаточно характерны и прогнозируемы. По основным почвенным свойствам зональные черноземы значительно отличаются от переувлажненных почв. При этом часть свойств наследуется почвами локально переувлажненных ландшафтов от предыдущей, черноземной стадии почвообразования. К ним относятся, например, карбонатность почв, гранулометрический и минералогический состав, отчасти реакция среды и гумусное состояние. При этом приобретается ряд не свойственных черноземным почвам свойств, обусловленных засолением и иногда осолонцеванием, хотя в нашем исследовании развитие этого процесса не отмечалось. Наследуемые почвенные свойства изменяются неодинаково. Степень трансформации напрямую зависит от интенсивности воздействия избыточного увлажнения и от времени воздействия: чем дольше почва подвергается повышенному увлажнению, тем сильнее влияние, которое это переувлажнение оказывает на нее.

Согласно нашим исследованиям, наиболее быстро и наглядно избыточное увлажнение вызывает изменение физических свойств почвы, а именно: структурного состояния, плотности сложения и водопрочности агрегатов. Переувлажненные почвы характеризуются повышенными значениями плотности почвенного профиля. Нарастающий гидроморфизм способствует общему ухудшению структурного состояния почв за счет снижения содержания агрономически ценной фракции агрегатов по всему профилю, причем более глубокие горизонты характеризуются худшими показателями коэффициентов структурности (Кс). При этом заметно увеличивается содержание мелкоглыбистой (больше 10 мм)) фракции. При этом гранулометрический состав меняется незначительно (Тищенко и др., 2013).

Также достаточно быстро изменяется химический состав почвенного раствора, происходит засоление почвы, но при этом реакция среды остается в пределах нормы для черноземных почв. В основном, гидроцентры мочарных ландшафтов Зерноградского района характеризуются сильной степенью засоления, за исключением тех участков, которые образовались сравнительно недавно. Почвы, залегающие на перифериях мочарных участков, засолены в средней и слабой степени, независимо от причины формирования. Но не всегда на склонах, в отличие от равнинных территорий максимальная степень засоления наблюдается в гидроцентре. По мнению некоторых исследователей (Назаренко, 2002, Хитров и др., 2003) определяющую роль в проявлении засоления играют глубина залегания, состав и степень минерализации грунтовых вод, а также положение в рельефе относительно очага переувлажнения.

В основном, все исследованные почвы имеют сульфатный, сульфатно-хлоридный или хлоридно-сульфатный химизм засоления, в некоторых случаях наблюдается гидрокарбонатный тип засоления, обусловленный грунтовыми водами преимущественно гидрокарбонатного состава, которые весьма распространены на территории Зерноградского района. Присутствие соды ни в одном из случаев обнаружено не было (табл. 1).

Среди большинства исследованных почв Зерноградского в катионном составе на преобладающее место выходит натрий, и наблюдается сужение соотношение кальция к магнию, что является отличительной чертой водной вытяжки переувлажненных почв.

Таблица 1 Расчетный состав солей в зональной почве и почвах мочарных ландшафтов, мг.-экв/100 г.

Исследование почв мочарных ландшафтов Зерноградского района показало, что большинство почв, несмотря на длительное переувлажнение, карбонатны и вскипают с поверхности, наблюдается увеличение количества карбонатов вниз по профилю, четко диагностируется «белоглазка», хотя она рыхлая и диффузная. почвообразующий ландшафт лессовидный В составе почвенных карбонатов происходит уменьшение доли карбонатов кальция и увеличение доли карбонатов магния, что значительно сужает соотношение Са²⁺/Mg²⁺. Черноземы постепенно теряют кальций, главный структурообразователь и гуматообразователь. По сравнению с обыкновенными черноземами переувлажненные почвы содержат в 2−3 раза больше обменного магния. Увеличению доли Mg²⁺ в почвенном растворе и в составе ППК способствуют щелочность и контрастность увлажнения, в результате чего образуются труднорастворимые соединения кальция, которые смещают равновесие ППК — почвенный раствор и способствуют выходу Ca²⁺ из поглощающего комплекса. По мнению О. Г. Назаренко (1990), источником дополнительного магния в почвенном растворе являются хлориты, деградация которых происходит в условиях избыточного увлажнения. Поэтому увеличение содержания магния в составе ППК и в растворе является следствием процесса локального переувлажнения.

Исследование содержания СО₂ карбонатов показало уменьшение этого показателя для всех исследованных переувлажняемых черноземов в сравнении с автоморфным черноземом (рис. 1). Особенно заметно это для верхних горизонтов, т. е. в верхней миграционной зоне карбонатного профиля. По мнению некоторых авторов (Парфенова и др., 2015) это обусловлено, по всей видимости, повышенной концентрацией СО₂ почвенного воздуха вследствие высоких температур и сосредоточением основной массы корней растений на этой глубине. Также было установлено, что эмиссии СО₂ из почвы в атмосферу возрастает при увеличении степени увлажнения черноземов в модельном опыте (Чимитдоржиева, 2011). Эти факторы в сочетании друг с другом могут способствовать обеднению профиля чернозема карбонатами кальция.

Рис. 1. Содержание СО₂ карбонатов в почвах Зерноградского района: 12//02 — чернозем миграционно-сегрегационный; 12//01; 10//01 и 12//03 — черноземы квазиглееватые карбонатные

Заметно изменение и гумусного состояния черноземов. Локальное переувлажнение вызывает увеличение содержания общего гумуса по сравнению с окружающими их зональными черноземами. Такое влияние на содержание гумуса отмечают и другие исследователи (Ильина, 2006; Безуглова, Назаренко, 1998; Назаренко, 2002; Казеев и др., 2004 и др.). Для исследованных почв было выявлено увеличение количества гумуса в 1,5 раза по сравнению с окружающими пятно зональными почвами, а в некоторых случаях — почти в два раза. Обнаруженные различия статистически достоверны (Тищенко, Безуглова, 2012). Данная закономерность сохраняется и при использовании метода прямого сжигания углерода на анализаторе TOC-L CPN Shimadzu, который является более точным, чем метод Тюрина. Увеличение содержание гумуса происходит преимущественно за счет низкой степени минерализации растительных остатков из-за периодической смены окислительно-восстановительного режима и подавления процесса гумификации. Этот факт хорошо согласуется с данными качественного состава гумуса.

В групповом составе наблюдается уменьшение доли гуминовых кислот и возрастание доли фульвокислот. В составе гумуса локально переувлажненных черноземов заметно ниже доля негидролизуемого остатка (гумина). Изменяется тип гумуса с фульватно-гуматного на гуматно-фульватный уже на глубине 30−50 см. Гумусовый профиль растягивается за счет потечности гумуса. Трансформация гумусовых веществ черноземов идет в направлении, способствующем повышению устойчивости почв в изменившихся экологических условиях: происходит упрощение структур молекул гуминовых кислот и закрепление гумуса минеральной частью почвы. Это находит свое отражение в значительном увеличении доли фракций ГК-3 и ФК-3 во фракционном составе гумуса черноземов (Тищенко, Безуглова, 2012).