Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием естественных и антропогенных факторов

Щеглов, Дмитрий Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием естественных и антропогенных факторов
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием естественных и антропогенных факторов"

РГ5 ОД

На правах рукописи

4 п Л Г; Р С"

ЩЕГЛОВ Дмитрий Иванович

ЧЕРНОЗЕМЫ ЦЕНТРА РУССКОЙ РАВНИНЫ И ИХ ЭВОЛЮЦИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

Специальность 03.00.27. - Почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

ВОРОНЕЖ - 1995

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Воронеж ского государственного университета биолого-почвенного факультета

Научный консультант: академик РАСХН, доктор биологических

наук, профессор А.П.Щербаков Официальные оппоненты: доктор биологических наук,профессор

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

сельского хозяйства ЦЧП им. В, В. Докучаева (Каменная степь)

Защита состоится "а?*?" апреля 1995г. в 14.00 в ауд. 190 на заседании специализированного совета Д 63.48.09 в ВГУ по адресу: 394693, Воронеж, Университетская пл. 1, биолого-почвенный факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГУ

Отзывы на автореферат, в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба выслать по указанному адресу ученому секретарю специализированного совета.

Автореферат разослан "/3" марта 1995 г.

Ученый секретарь

Б.П.Ахтырцев

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Д.Муха доктор биологических наук, профессор Е.В.Шеин

специализированного совета

Т.Н. Попова

1.ВВЕДЕНИЕ.

1.1.Актуальность темы.

Почва является сложнейшей биокосной системой, образовавшейся в результате тесного взаимодействия природных факторов во времени. Оставаясь основным и незаменимым средством сельскохозяйственного производства, почва, в то же время, выступает и как один из основных компонентов биогеоценоза, а, следовательно, и биосферы в целом. В результате сельскохозяйственного использования в почве происходят глубокие, а порой необратимые процессы, переводящие почвенную среду в иное состояние. Находясь в неразрывном единстве с другими компонентами экосистемы, антропогенно преобразованная почва изменяет свои связи и соотношения с последними, стремиться трансформировать биогеоценотическке компоненты под свой измененный состав, свойства и функции, что в конечном итоге может привести к переходу ее в новое качественное состояние. Отсюда важно и необходимо знать в каком направлении идут современные эволюционные процессы в почвах.

Почвенным эталоном ("царем" почв по Докучаеву), наиболее ярко и полно отражающим факторы почвообразования и свойства почв, является чернозем. Эти почвы, занимая около 9 % площади в пределах СНГ, составляют основу пахотного фонда (60 %) и производства товарного зерна (80 %) и других видов сельскохозяйственной продукции. Черноземы, несмотря на их природное совершенство, неизбежно эволюционируют под воздействием естественных и ,особенно, антропогенных факторов. Естественная эволюция почв неразрывно связана с эволюцией ландшафта, т.е., с изменением экологических условий, в равновесии с которыми она находится на определенном этапе педогенеза. Изменение факторов природной среды неизбежно проявляется в тех или иных свойствах почвенного тела. Предполагается, что возрастающая антропогенная нагрузка на почвы приведет к качественным и количественным изменениям состояния черноземов. В данной связи, познание направленности изменений современного почвообразовательного процесса является несомненно актуальным. Без этого трудно представить будущее состояние не только почвы, но и природы в целом.

1.2.Цель и задачи исследований

Основной целью наших исследований было изучение динамики состава и свойств почв и почвенных процессов при изменении природных факторов почвообразования и в условиях различного антропогенного

- г -

воздействия и выявление на этой основе характера и направленности современной эволюции черноземов.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи, каждая из которых имеет самостоятельное научное значение:

1.2.1. Выявить закономерности изменения состава и свойств целинных черноземов в генетически сопряженном ряду на подтиповом уровне и в ряду: целина - пашня - орошаемая пашня.

1.2.2. Вычленить процессы и факторы, определяющие характер и направление изменений состава и свойств черноземов в исследуемых рядах.

1.2.3. Провести сопряженный анализ факторов и свойств черноземов в рассматриваемых рядах и выявить направление эволюции.

1.3.Теоретический вклад и научная новизна.

1.3.1. В работе проведен сравнительный анализ изменения свойств почв генетически сопряженных и агрогенных (целина - пашня - орошаемая папкя) рядов.

1.3.2. Показано сходство направлений и характера изменений свойств почв б исследуемых рядах.

■ - 1.3.3. Выявлены ведущие факторы, обусловливающие изменение состава и свойств черноземов, и показана их однонаправленность' в исследуемых рядах.

1.3.4. Выявлено-наличие и показана роль процессов иллювииро-вания в формировании почвенного профиля черноземов.

1.3.5. Представлена новая уточненная концепция формирования гумусного профиля черноземов.

1.3.6. Разработаны диагностические критерии подтиповых особенностей строения гумусовых профилей черноземов в виде количественных показателей - градиентоЕ падения его содержания и уравнений регрессии.

1.3.7. Дана оценка пространственного и временного варьирования содержания и профильного распределения гумуса, раскрыты причины изменения процессов гумусообразования и гумусонакопления в черноземах при их сельскохозяйственном использовании.

1.3.8. Уточнена схема строения карбонатного профиля черноземов, показана неоднородность его форм и выявлены типовые и подти-поБые особенности. Дана оценка пространственной неоднородности содержания и профильного распределения С0г карбонатов в агрогенном ряду в пределах элементарного почвенного ареала.

1.3.9. Установлена причинно-следственная связь изменения физических, водно-физических, физико-химических свойств и водного режима черноземов в сопряженных рядах.

1.3.10. Показано сходство естественной и антропогенной эволюции почв и выявлено направление эволюции черноземов в сторону гу~ мидных подтипов.

1.4.Защищаемые положения.

На защиту выносится концепция формирования профиля черноземов и их эволюции, базирующаяся на следующих положениях:

1.4.1. Черноземы как тип почвы не является результатом только икситного почвообразования. В формировании их профиля значимую роль играют процессы внутрипрофильного перераспределения продуктов почвообразования.

1.4.2. Интенсивность течения процессов перераспределения веществ определяет изменение состава и свойств черноземов в генетически сопряженных рядах на подзональном и провинциальных уровнях.

1.4.3. Сельскохозяйственное использование черноземов сопровождается однонаправленным изменением их состава и свойств, сходным с таковым в подзональном ряду.

1.4.4. Естестзенкая и антропогенная эволюция черноземов сходны по характеру, определяются изменением водного режима почв и идут в направлении более гумидных подтипов.

1.5.Практическая значимость результатов исследований.

Основные положения работы концептуально развивают теорию чер-ноземообразовательного процесса и служат теоретической базой для уточнения моделей формирования профиля черноземов. Установленные количественные и качественные показатели гумусовых профилей черноземов являются важными диагностическими признаками при классификации этих почв. Характер и направление эволюции черноземов, раскрытые в работе, могут служить основой для долгосрочного прогнозирования состояния этих почв и разработки комплекса мероприятий по их рациональному использованию и охране. Выявленные факторы, определяющие эволюцию черноземов, могут быть также использованы для разработки системы почвенно-экологического мониторинга.

Результаты исследований и основные теоретические положения работы используются в курсах лекций: "Почвоведение", "Биогеоцено-логия", "Охрана почв", читаемых на биолого-почвенном факультете Воронежского госуниверситета.

Данные, полученные в работе, использованы при подготовке ряда методических указаний и нормативных документов: "Оценка агрохимических и мелиоративных показателей черноземов ЦЧО в условиях орошения", 1988; "Приемы сохранения и повышения плодородия орошаемых обыкновенных черноземов в кормовых севооборотах ЦЧО", 1990; "Указания по рациональному использованию орошаемых черноземов Северного Кавказа и Центрально-Черноземных областей",1992.

1.6.Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были доложены на XI Международном конгрессе почвоведов (Киото, Япония), 1980, У-УШ съездах Всесоюзного общества почвоведов (Минск, 1977; Тбилиси, "1981; Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989); Всесоюзных совещаниях и научно-практических конференциях (Ростов-на-Дону, 1978; Кишинев, 1980; Уфа, 1982; Москва, 1982; Ленинград, 1986; Сыктывкар, 1987; Пущино, 1988; Воронеж, 1989; Киев, 1994; Орел, 1994) и др.

Работа выполнена в Воронежском государственном университете лично автором или под его руководством. Вклад автора в решение поставленных задач заключается в разработке программ, методик исследований, проведении эксперимента, в обработке к интерпретации полученных результатов, их теоретическом обобщении, формулировке выводов и концепций.

1.7. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 10 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений.

- Работа изложена на... стр. и содержит ... рисунков и ... таблиц. Список литературы включает ... наименований, из них ... на иностранном языке.

Автор выражает искреннюю благодарность коллективу кафедрь; почвоведения и агрохими биолого-почвенного факультета ВГУ. всем коллегам, оказавшим большую помощь в выполнении данной работы.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Неодокучаевская формула: факторы -» процессы свойства (Герасимов, 1956, 1973) постулирует, что для решения проблемы эволюции почв необходимо четкое обозначение ведущих (главных) процессов и факторов, обусловливающих формирование почвенного профиля с соответствующими свойствами. Исходя из этого, в основу методического подхода к изучению эволюции черноземов был положен сопряженный

процессно-факторный анализ генетически сопряженных и агрогенных рядов черноземов различных таксономических уровней.

Экспериментальной основой работы послужили результаты 20-летних исследований автора, а также статистический анализ большого количества литературных материалов, характеризующих свойства различных черноземов.

Объектами исследования явились системные комплексы широт-но-генетических и агрогенных рядов почв, включающие подтипы целинных, пахотных и орошаемых черноземов центра Русской равнины, охватывающего 5 областей ЦЧЭР и примыкающие к нему в пределах черноземной зоны сопредельные территории.

3.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОМ ЧЕРНОЗЕМЬЕ.

Данный регион характеризуется умеренно-континентальным климатом с нарастанием аридности в направлении с северо-запада на юго-восток: продолжительность годового солнечного сияния увеличивается с 1700 до 1950 часов, сумма активных температур больше 10 0 С - от 2200 до 2S00 0, среднегодовое количество осадков изменяется от 650 до 450 мм; коэффициент увлажнения - от 1,3 до 0,8.

По ботанико-географическому районированию территория Черноземного центра относится к Евразиатской степной области, Восточно-европейской лесостепной и Причерноморской степной провинциям. В течение всего голоцена на территории Центрального черноземья устойчиво существуют две контрастно различные растительные формации - лес и степь. Причем дубравы на фене степей представляют в той же мере формацию-климакс, как и сами степи - их зональный эквивалент (Гроссет, 1980). Естественная растительность в ходе своего исторического развития и в процессе антропогенной эволюции на данной территории претерпела значительные изменения (Келлер, 1921; Пьяв-ченко, 1958; Хмелев, 1979 к др.). В настоящее время естественная лесная растительность занимает менее 10 % территории, а степные растительные формации почти сплошь преобразованы в культурные ландшафты. В связи с этим современный черноземообразовательный процесс в данных условиях протекает под воздействием трансформированного ведущего фактора (растительности), с одной стороны, и его относительной идентичности по почвенным подзонам, с другой. Это несомненно сказывается на направлении современной эволюции черноземов.

Орографически Центральное черноземье занимает южную часть Русской равнины. В ее пределах на общем фоне встречаются как приподнятые территории (Среднерусская, Калачская возвышенности, западные отроги Приволжской), так и низменные пространства (Окс-ко-Донская равнина). Основными почвообразующими породами являются лессовидные и покровные глины и суглинки, в западных районах встречаются лессы.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ РУССКОЙ РАВНИНЫ.

Центральное Черноземье входит в состав двух почвенных провинций: Окско-Донской лесостепной и Южно-Русской степной, Центральной лесостепной и степной биоклиматических областей суббореального пояса (Добровольский, Урусевская, 1984). Исследованиями почвенного покрова данной территории занимались В.В.Докучаев, П. А.Костычев, Г.М.Тумин, К.Д.Глинка, П. Г. Адерихин, Б.П.Ахтырцев, А.П.Щербаков, Е.М.Самойлова и другие. Установлено, что основными компонентами структуры почвенного покрова являются черноземы оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные, в меньшей степени - южные, а также лугово-черноземные, 'черноземно-луговые, серые лесостепные, аллювиальные, солонцы, солоди и другие почвы. В почвенном покрове данного региона лесостепные черноземы занимают 64 %, степные - и %, и остальная территория приходится на другие почвы. Основные подтипы черноземов в пределах Черноземного центра располагаются отдельными полосами, сменяя друг друга с северо-запада на юго-восток, " т.е., неоднородность почвенного покрова Черноземной зоны центра Русской равнины не хаотична, а упорядочена и отражает закономерную пространственно-временную изменчивость факторов почвообразования и, в первую очередь, климата. Вместе с тем в подзональ-ной структуре почвенного покрова на отрицательных формах рельефа и экспозиционно "холодных" склонах, как правило, на подтиповом фоне встречаются черноземы соседних, более северных, подзон. Последнее подтверждает ведущую роль гидротермического режима в формировании подтипового многообразия черноземов.

На современном этапе развития науки, несмотря на большое количество работ, до сих пор нет единства в некоторых вопросах морфологии различных подтипов черноземов, в частности, разделения их морфогенетических профилей на горизонты, а такке в обязательности наличия карбонатного профиля и других (Лебедева, 1974; 1983: Зонн,

1987; Марголина и др., 1988 и др.). Все это свидетельствует или об отсутствии единого для всех подтипов черноземов процесса, формирующего профиль данных почв, или всеобъемлющей теории черноземообра-зования. Еще больше проблем возникает при анализе морфогенетичес-ких свойств черноземов, используемых в сельскохозяйственном производстве. По мнению ряда авторов эксплуатация этих почв при соответствующей' культуре земледелия не сопровождается глубокой перестройкой их морфогенетических показателей (Ливеровский, 1962; Григорьев, Фридланд, 1964; Гринченко и др., 1968). Другие, напротив, утверждают, что черноземы пашни представляют собой иной культурный тип (Иванова, 1956; Ковда, 1973).

Детальное изучение морфогенетических свойств показало, что черноземы центра Русской равнины имеют следующие типовые признаки: мощный, хорошо развитый почвенный профиль; темную, почти черную, постепенно ослабевающую с глубиной окраску; хорошо выраженную (на целине) зернистую структуру в большей части гумусовой толищ; слабо уплотненное сложение, постепенно нарастающее в нижних горизонтах; отсутствие заметных признаков элювиально-иллювиальной дифференциации почвенного профиля; неровную, языковатую границу перехода гумусового горизонта в материнскую породу; наличие карбонатного горизонта (линия вскипания от HCl), приуроченного, как правило, к нижней границе гумусовой толщи и характеризующегося различными' формами карбонатных новообразований.

В наибольшей степени отмеченные типовые особенности выражены в центральном подтипе - типичных черноземах, где, по мнению Е.А.Ивановой, Н.Н.Розова, П.Г.Адерихина, наблюдается максимальная интенсивность черноземообразовательного процесса. К северу от типичных в морфологии черноземов нарастают признаки, характерные для более гумидных, а к югу - аридных типов почв.

В черноземах пашни отмечается существенное изменение морфологических и морфогенетических свойств почв. Эти изменения здесь приобретают не временный - циклический, а направленный, необратимый характер. На первых этапах освоения данные преобразования локализуются в верхней части почвенной толщи, в последующем они распространяются вглубь, охватывая, в зависимости от продолжительности использования почв, весь профиль.

Суммируя полученные нами данные по изменению морфогенетических свойств, можно констатировать, что в результате современного

сельскохозяйственного использования в черноземах наблюдаются следующие явления:

1. Преобразование гумусового профиля, проявляющееся в изменении окраски, мощности, содержания и качества гумуса.

2. Трансформация карбонатного профиля, фиксируемая в изменении его мощности, глубины залегания, форм новообразованных карбонатов, характера миграционных процессов.

'3. Формирование неогоризонтов антропогенной природы: уплотненного ("плужной подошвы") - в нижней части пахотного слоя; текстурно оглиненного - в подгумусовой части; зоны сегрегации железа -в нижней части профиля.

4. Изменение структурной организации гумусовой толщи профиля, проявляющееся в деформации форм, размеров, огранки педов, их упаковки, внутрипедной организации и др.

5. Трансформация сложения почвенной массы, выражающаяся в изменении плотности сложения, плотности твердой фазы почвы, пороз-ности и др.

6. Появление (особенно в старопахотных черноземах) пылева-то-глинисто-гумусовых пленочных образований - кутан на гранях педов в горизонтах АВ и В.

Степень и характер проявления указанных явлений различны в почвах разного срока и интенсивности использования. Более отчетливо они выражены в черноземах орошаемых и длительно используемых в сельском хозяйстве, и слабо заметны в почвах на начальных этапах их освоения. Вместе с тем, мы допускаем, что перечисленные морфо-генетические изменения черноземов в условиях их земледельческого использования могут не ограничиваться отмеченными явлениями.

5. ФИЗИЧЕСКИЕ И ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ, ИХ ГЕ-НЕТИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ.

Наиболее распространенными в Центральном черноземье являются черноземы глинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава (Б.П.Ахтырцев, А.Б.Ахтырцев, 1993).В составе гранулометрических фракций данных разновидностей, как известно, преобладают частицы ила и крупной пыли (около 70 %). Затем, в порядке убывания, следуют: тонкая, средняя пыль и мелкопесчаная фракции. Абсолютный минимум приходится на крупный и средний песок. В генетически сопряженном ряду от оподзоленных к обыкновенным черноземам отчетливо

прослеживается утяжеление гранулометрического состава, сопровождающееся увеличением содержания ила, тонкой пыли и уменьшением количества крупнопылеватых частиц. Вследствие этого в данном ряду происходит изменение соотношения двух доминирующих фракций: ила и крупной пыли. В обыкновенных черноземах преобладают илистые, а затем крупнопылеватые частицы, в типичных - содержание этих фракций выравнивается, а в выщелоченных и оподзоленных, напротив, крупная пыль становится доминирующей. Внутрипрофильное распределение данных фракций характеризуется нарастанием доли ила и относительным снижением пылеватой фракции сверху вниз. Отмеченные количественные изменения содержания фракций в рассматриваемом ряду обусловлены, по нашему мнению, различием в. интенсивности почвообразовательного процесса и миграцией ила по профилю. Подтверждением этому служат данные гранулометрического состава пахотных черноземов, где баланс ила по отношению к материнской породе еще в большей степени сдвигается в отрицательную сторону по сравнению с целинными аналогами (табл. 1). Обезыливание, максимальная интенсивность которого отмечается в пахотных горизонтах, усиливается в ряду от обыкновенных к оподзоленным черноземам.

Наличие процессов перераспределения илистых частиц в профиле черноземов с большей очевидностью подтверждается результатами исследований гранулометрического состава почв при орошении. Данные показывают, что в орошаемых черноземах по сравнению с неорошаемыми, наряду с некоторым увеличением содержания ила в верхней части профиля, отмечается более заметное нарастание этой фракции (примерно на 10 %) в нижележащих слоях. Это свидетельствует о том, что гранулометрический состав черноземов не является столь консервативным свойством, как полагали ранее. В процессе почвообразования в черноземах происходит внутрипрофильное перераспределение фракций гранулометрического состава, которое усиливается при переходе от южных к северным подтипам. Под воздействием антропогенных факторов эти процессы нарастают в ряду: целинные - пахотные - орошаемые черноземы. Подтиповая устойчивость этих почв к изменению гранулометрического состава в условиях орошения повышается от северных подтипов к южным.

Таблица 1.

Коэффициент оглинивания и баланс ила в целинных и пахотных черноземах

Глубина, см ■ Подтип чернозема 4

Оподзоленный Выщелоченный Типичный Обыкновенный

•к Баланс К Баланс К Баланс К Баланс

Целинные

0- -10 0,79 -17, 1 0, 85 -25,8 0,90 -17,7 0,92 -12,5

20- -30 0,84 -14,4 0,91 -13,5 0,90 -15,4 0,92 -11,3

40- -50 0,96 -0,3 0,97 -23,6 0,92 -12,2 0,96 -7,4

60- -70 1, 00 +6,5 1,05 -6,5 0,94 -9,4 0,97 -6,5

80- -90 1, 03 +9,2 1,00 -11,8 0,96 -8,7 0,99 +1,9

100- -110 1,10 + 14,7 1,03 +5,9 1,01 + 1,5 0,98 -0,7

120- -130 1,02 + 11,3 1,02 +2,5 0,95 -4,7 0,99 +1,2

140- -150 1,00 - 1,00 - 1,00 - 1,00 -

Пахотные

0- -10 0,86 -30,4 0,82 -29,0 0,86 -25,4 0,85 -20,0

20- -30 0,81 -22,8 0, 83 -23,5 0,93 -20,7 0,85 -18,5

40- -50 0,90 -23,7 0,90 -18,5 0,90 -19,5 0,90 -10,0

60- -70 0, 92 -12,5 0,87 -19,5 0,97 -10,4 0,86 -14,5

80- -90 0, 94 -11,2 0,93 -13,0 0,92 -13,4 0,93 -5,8

100- -110 0, 94 -8,4 0,95 -11,7 0,95 -9.7 0,96 +1,5

120- -130 0, 98 -7,6 0,95 -10,7 0,98 -4,0 0,97 +4,2

140- -150 1, 00 - 0,95 -12,7 0,97 -3,5 0,92 -6.2

190- -200 - - 1,00 - 1,00 - 1,00 -

*К - коэффициент оглинивания

Примечание. Уменьшение (-) или увеличение (+).ила в относительных процентах к его содержанию в породе.

В структурно-агрегатном составе целинных черноземов преобладают монотипные агрегаты зернистой формы, которые характеризуются высокой водопрочностью. В наибольшей степени эти особенности проявляются у типичных и обыкновенных черноземов. У северных подтипов в структурно-агрегатном составе увеличивается доля ореховатых и. снижается процент зернистых структурных огдельностей (рис. 1).

70 «О

К» »

| 40

20 10 О

>10 10-9 8-1 1-0,25 <0,85

Размер фракций, шс

— чернозем оподэоленнмй

— чернозем поцелечештй м — червоаан тшшЛ

чернозем обыБяовежтй

Содержание. %

)?... ,',0. .. ?Р... 33.". :. 5'А . 60 . .7,0

100

200

■о

300

400

Р&акер фрвгг*4: аии >10 мм *.*.».•» 10-5 мк щи 5—1 "■«_!_> 1-0.25 им 4±Ш <0,25 ММ

НС. 1 .

Структурный состав (а) и распределение фракций (б) в профиле целинных черноземов

Использование черноземов в сельскохозяйственном производстве приводит к однонаправленному изменению структуры в сторону увеличения доли агрегатов более 10 мм и уменьшению зернистой и пылева-той фракций. В агрегатном составе наблюдается снижение водоустойчивости и размеров структурных элементов. Указанные негативные изменения прогрессивно нарастают при- интенсификации сельскохозяйственного производства, в частности, при использовании черноземов в орошаемом земледелии.

В целом анализ физических и водно-физических свойств целинных и пахотных черноземов показал, что наиболее оптимальными параметрами характеризуются типичные черноземы. К северу и к югу от них, а также в ряду: целинные - пахотные - орошаемые черноземы физические и водно-физические свойства почв закономерно ухудшаются. Наблюдается коррелятивная связь между гумидизацией водного режима и ухудшением физических свойств черноземов.

Типовые особенности и генетическое своеобразие черноземов во многом определяются характером их гидротермического режима (Коко-вина, Лебедева, 1986, и др.). К настоящему времени накоплен обширный материал по динамике поступления и расхода влаги в годичном и многолетнем циклах, поведению ее в почвенном профиле, влиянию различных факторов и условий на водный режим (Большаков, 1961 - 1978; Герцык, 1957 - 1978; Роде, 1969 - 1978; Коковина, 1970- 1974; Афанасьева, 1974; Адерихин и др., 1982), что позволило перейти к изучению водного режима черноземов не только как физического явления, но и как генетического фактора.

Исследованиями водного режима было установлено, что наибольшее количество влаги в целинных черноземах, как правило, бывает весной после снеготаяния. Глубина весеннего промачивания определяется' дефицитом влажности в конце предшествующего периода, суммой осадков за зимне-ранне-весенний сезоны, а также условиями снеготаяния. В годы с особенно большим поступлением осенне-зимне-весенних осадков происходит просачивание влаги в глубокие горизонты почвен-но-грунтовой толщи и промачивание зоны аэрации до грунтовых вод, что позволяет отнести водный режим типичных целинных черноземов к периодически промывному типу (Афанасьева, 1966). В'течение вегетационного периода потребление влаги целинной растительностью осуществляется, главным образом, из верхнего метрового слоя, где и наблюдаются наибольшие сезонные изменения влажности, вследствие этого, указанную толщу относят к зоне интенсивного оборота атмосферных осадков (Соловьев, 1987). Летние осадки увлажняют, как правило, самый верхний слой почвы до глубины 20-30 см.

В пахотных черноземах водный режим складывается иначе. В первой половине вегетации изменение влажности в черноземах пашни довольно близко к таковому в черноземах под естественной растительностью. Различия наблюдаются во второй половине лета. В этот период на целине растительность продолжает вегетировать и, следова-

тельно, расходовать влагу, в то время как на пашне десуктивный расход влаги после уборки урожая прекращается и она теряется из почвы лишь в результате физического испарения. "Недоиспользование" влаги в конце лета, а также меньший расход культурной растительностью в процессе вегетации обуславливают снижение ее осеннего дефицита здесь по сравнению со степью. Годовое приращение влаги в пахотных черноземах по сравнению с целинными аналогами составляет, в среднем, 20 - 40 мм при диапазоне колебаний от 10 до 140 мм (Ко-ковина, 1974). Это приводит к более быстрому насыщению и более глубокому промачиванию почвы влагой весной , а также к компенсации дефицита почвенной влаги в нижних слоях профиля. Очевидно, что последующее поступление почвенной влаги будет способствовать еще более глубокому промачиванию почвенно-грунтовой толщи. Таким образом, ежегодное остаточное накопление недоиспользованной влаги приводит к повышению увлажнения, увеличению глубины весеннего прома-чивания и более частому, чем на целине, сквозному промачиванию почвенного профиля. Т.е., водный режим пахотных типичных черноземов хотя и остается периодически промывным, но по количественным показателям сдвигается в более гумидную сторону. В степных черноземах - обыкновенных и южных - сдвиги в сторону гумидизации водного режима при распашке выражены еще отчетливее, ввиду того, что место ксерофитной степной растительности занимают мезофитные культурные растения (Коковина, Лебедева, 1986).

В условиях орошения водный режим характеризуется более частым (несколько раз за гидрологический год) и глубоким, по сравнению с неорошаемыми аналогами, промачиванием почвенно-грунтовой толщи (> 1 м) после каждого полива. Кроме того, при орошении в черноземах не отмечается снижения влагосодержания в течение вегетационного периода уже на глубине 1 м. Влажность здесь остается практически постоянной и по абсолютной величине значительно выше, чем на неорошаемых участках. Во всех исследуемых орошаемых почвах осенний дефицит на глубине 100 - 150 см - полояительный. Годовое приращение влаги в этих условиях составляет в среднем 50 - 80 мм. Все это позволяет констатировать, что при орошении водный режим черноземов сдвигается более чем на одну подтиповую градацию в гумидную сторону.

б. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ В ГЕНЕТИЧЕСКИ СОПРЯЖЕННОМ И АГРОГЕННОМ РЯДАХ.

Обобщение большого количества собственных и литературных данных по физико-химическим свойствам целинных и пахотных черноземов позволило выявить определенные закономерности в изменении состояния почвенно-поглощающего комплекса (ППК) в исследуемых рядах.

У целинных черноземов емкость катионного обмена в верхних горизонтах в среднем составляет 47 мг-экв/ЮО г, а степень насыщенности основаниями, как правило, превышает 90 %. В составе обменных катионов основная часть приходится на кальций (до 80 %); доля магния в среднем достигает 15 % (табл.1). Небольшую часть в составе обменных катионов занимает поглощенный водород (здесь и далее н+ гидролитической кислотности), а в южных подтипах - обменный натрий. В рассматриваемом ряду почв отмечается закономерное нарастание емкости катионного обмена (ЕКО) от 38 мг-экв/ЮО г у оподзо-ленных до 55 мг-экв/ЮО г - у обыкновенных черноземов, что, очевидно, обусловлено соответствующими изменениями в содержании органического вещества и илистой фракции (Адерихин, 1963; Swltt, 1980; Amann, 1990). В составе обменных катионов почв в этом направлении наблюдается закономерное увеличение количества обменного кальция и магния, незначительное - обменного натрия при снижении содержания поглощенного водорода.

Анализируя соотношение поглощенных катионов, нужно отметить, что в профиле исследуемых подтипов в составе ППК доля кальция с глубиной нарастает, а магния несколько уменьшается до середины гумусовой толщи и затем вновь увеличивается, достигая абсолютного максимума в подгумусовых слоях. Доля поглощенного водорода в профиле черноземов закономерно снижается, причем градиент изменения его с глубиной значительно выше, чем у других катионов. Среди указанных подтипов наибольшая доля кальция и наименьшая - магния отмечается у черноземов типичных. К северу и к югу от них процент кальция в составе ППК заметно падает, а доля магния возрастает. Указанный характер изменений соотношения обменных катионов кальция и магния обусловлен различием в растворимости их солей, прочности связи с ППК, а также изменением водного режима почв (Моргун, Па-чепский, 1984; Орлов, 1985; Николаева, Розов и др., 1987; Розанов, 1975, 1985; Самойлова, 1987; El-Nemah et. al., 1986; Hagnla, Pratt, 1988).

Распашка целинных черноземов сопровождается заметной трансформацией ППК. Прежде всего в пахотных черноземах отмечается снижение емкости катионного обмена, примерно ка 5 - 9 %, уменьшение содержания обменных кальция и магния на 4 - 9 и 20 - 30 % соответственно. Указанные изменения у большинства подтипов происходят, в основном, в пахотном горизонте, исключая чернозем оподзоленный, у которого изменения в ППК отмечаются во всей гумусовой толще. Наряду с этим, в ППК пахотных черноземов наблюдается увеличение доли поглощенного водорода, причем последний в окультуренных почвах регистрируется в более глубоких слоях профиля по сравнению с целинными разностями (табл. 2). В ряду рассматриваемых подтипов наибольшие потери кальция фиксируются у оподзоленных черноземов (около 9 %) и несколько меньше - у обыкновенных (до 4 %). Количество обменного магния, напротив, в большей степени уменьшается у обыкновенных черноземов (до 30 %) и в меньшей степени - у оподзоленных (до 20 %). В то же время содержание поглощенного водорода максимально возрастает у оподзоленных и не столь значительно - у обыкновенных. При длительном сельскохозяйственном использовании черноземов в составе их ППК в небольших количествах появляется натрий. В пахотных черноземах, особенно в верхних горизонтах, происходит возрастание величины соотношения кальция к магнию до 6:1; 7:1 против 5:1 у целинных разностей, вследствие вытеснения обменного магния водородом при подкислении почвенной среды (Орлов,1985).

Почвенный поглощающий комплекс пахотных черноземов характеризуется определенной пространственной неоднородностью и нестабильностью своего состава не только на подтиповом уровне, но и в пределах одной почвенной разновидности (ЭПА). Пространственная изменчивость содержания катионов в ППК в основном коррелирует с их подвижностью в почве. По величине коэффициента варьирования этого показателя обменные катионы располагаются в ряд: Са2+ < < Иа* < Н+.

Орошение черноземов даже пресными водами (0,2 - 0,5 г/л) сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-магниевого состава оказывает мощное воздействие на состояние ППК черноземов. На первых этапах орошения, в основном, происходит увеличение нестабильности состава ППК и усиление дифференциации профиля по величине коэффициента варьирования (V) рассматриваемого показателя при отсутствии значимых изменений средней величины емкости катионного обмена. В этот

период в составе ППК наблюдается изменение содержания более подвижных ионов: снижается количество и возрастает количество На* и поглощенного водорода, в особенности в поверхностных слоях. Содержание обменного Са2+ в верхней части профиля практически не изменяется, оно лишь несколько увеличивается в нижних слоях гумусовой толщи.

Таблица 2.

Содержание обменных катионов в типичных черноземах различных угодий (усредненные данные).

глубина см Обменные катионы, мг-экв/100 г почвы

Са2 + МБ2* *н+ Са2 + N8* *Н+

Целина (П-33) Пашня (п- 196)

0-10 39.9 7.4 следы 3. 1 38.0 5.4 0.2 3. 3

10-20 38.5 6.1 - 2.5 35.6 5.0 0.2 3.0

20-30 36.7 5.9 - 2.0 35.7 5.0 0.2 2.9

30-40 34.3 5.5 - 1.8 33.5 4.8 0.2 2.1

40-50 32.0 5. 0 - 1.2 32.8 4.7 0.2 1.8

50-60 29.5 4.8 - 0.8 30.7 4.3 0.2 1.4

60-70 28.2 4.8 - 0.6 30.4 4.4 0.1 1. 1

70-80 27.9 4.6 - 0 27.1 4.3 0.2 0.6

80-90 24.7 4.1 - 0 26.4 4.2 0. 1 0

90-100 23.8 4.2 - 0 25.4 4.2 0.1 0

Орошаемая пашня 5 лет ' (П=60) Опошаемая пашня 13 лет (п=60)

0-10 36.1 3.1 0.6 3.0 34.4 4.9 0.5 3.3

10-20 35.4 3. 0 0.6 3.2 34.0 5.1 0.4 3.4

20-30 34.8 2.9 0.5 3.0 33.5 5. 1 0. 4 3.0

30-40 33.7 2.7 0.4 1.9 33. 1 4.6 0.4 2.1

40-50 32.4 2.7 0.3 1.4 32.7 4.2 0.4 1.6

50-60 31.5 2.7 0.3 1.1 31.9 3.9 0.4 1.4

60-70 30.3 2.3 0.4 0.8 29.9 4.1 0.3 1.0

70-80 28.1 2. 4 0.2 0.5 28.4 4.1 0.4 0.7

80-90 26.1 2.3 следы 0 27.2 3.8 0.4 0.6

90-100 25.1 2.5 - 0 26.4 3.7 0.4 0

* Н+ - водород гидролитической кислотности.

К 13 году орошения состав ППК в определенной степени стабилизируется, в профиле происходит выравнивание величины пространственного варьирования содержания катионов, но на более высоком уровне по отношению к богарным условиям. В составе ППК уменьшается содержание Са2+ и увеличивается - Mg2+. Количество обменного натрия и водорода продолжает нарастать, но со значительно меньшей интенсивностью. В соответствии с этим растет степень ненасыщенности ППК основаниями. На данном этапе в орошаемых черноземах происходит уменьшение емкости катионного обмена в верхних слоях почвы и некоторое ее увеличение в нижележащей толще. Последнее позволяет говорить об усилении динамичности составляющих компонентов поглощающего комплекса черноземов, в частности, илистой фракции и гумуса в этих условиях. При орошении в составе ППК происходит изменение также и в соотношении катионов. При длительном орошении (более 10 лет) . состояние и состав ППК претерпевают соответствующие фактору гидрологического режима изменения, в результате чего наступает период приближения к некоторому динамическому равновесию между водным режимом и ППК орошаемых почв. Эти изменения однонаправленны и сходны с таковыми, отмеченными б эволюционно-генетическом ряду от обыкновенных к оподзоленным подтипам целинных черноземов при гуми-дизации водного режима.

7. КАРБОНАТНЫЙ ПРОФИЛЬ ЧЕРНОЗЕМОВ, ЕГО ОСОБЕННОСТИ И ХАРАКТЕР ЭВОЛЮЦИИ.

По мнению В.В.Докучаева, П.А.Костычева, H.М.Сибирцева, Л.И.Прасолова, C.B. Зонна, И.А.Крупеникова, карбонатный профиль является одним из основных генетических признаков почв черноземного типа. В свою очередь, изменение карбонатно-кальциевого режима -основы черноземообразовательного процесса --может служить одной из главных причин трансформации свойств данных почв (Егоров, 1984). Исходя из этого, исследование карбонатно-кальциевого режима позволяет не только понять сущность черноземообразования, но и выявить его эволюционную направленность.

Анализ имеющихся данных показывает, что в целом карбонатный профиль черноземов условно можно разделить на три горизонта, характеризующихся определенными градиентами изменения содержания карбонатов и вариационно-статистическими показателями. Верхний -горизонт выщелачивания с абсолютным минимальным содержанием карбонатов и градиентом его изменения с глубиной и слабо-выраженным

равномерно-аккумулятивным типом распределения. По характеру пространственной изменчивости признака эта часть профиля, в свою очередь, подразделяется на два подгоризонта - самый верхний слой однонаправленного "фронтального" ги^слачиг^ния и нижний подгоризонт - пульсационно-мигравдонных процессов (по Е.А.Афанасьевой, 1966) с наибольшими величинами коэффициентов варьирования и, соответственно, нестабильностью содержания С02 карбонатов. Ниже залегает горизонт интенсивного иллювиирования карбонатов, характеризующийся максимальным градиентом изменения их содержания с глубиной и относительно высоким коэффициентом варьирования. И, наконец, идет мощная, собственно карбонатная толща, с высоким содержанием карбонатов и минимальной величиной варьирования рассматриваемого показателя, т.е., с консервативным состоянием признака (рис. 2).

С02, карбонатов, % 0 1 2 3 4 5 6 7

Рис. 2. Схема строения карбонатного профиля черноземов.

В зональном ряду черноземов рассмотренные типовые особенности строения карбонатного профиля сохраняются, но существенно меняются его морфогенетические показатели. У целинных черноземов по мере нарастания увлажнения от обыкновенных подтипов к оподзоленным в карбонатном профиле отмечается, во-первых, увеличение мощности горизонта выщелачивания, а в пределах последнего - увеличение верхнего подгоризонта, уменьшение мощности подгоризонта пульсацион-но-миграционных процессов и падение величины градиента изменения содержания карбонатов, уменьшение коэффициента вариации в горизонте выщелачивания; во-вторых, уменьшение мощности переходного горизонта и, соответственно, усиление резкости границы, перехода в собственно карбонатно-иллювиальную толщу; и, наконец, нарастание градиента изменения концентрации карбонатов с глубиной в ряду рассматриваемых черноземов.

В общем плане адекватные изменения в карбонатном профиле наблюдаются в ряду: целина - пашня - орошаемая пашня. В частности, распашка черноземов приводит к усилению подвижности и снижению количества карбонатов в почвенном профиле. При этом, наибольшей интенсивности миграционные процессы достигают у южных подтипов, что обусловлено близостью залегания к поверхности карбонатного горизонта и, соответственно, частотой "захвата" его восходяще-нисходящими токами почвенной влаги. Последнее обстоятельство нередко приводит к временному поднятию линии вскипания и, соответственно, подщелачиваю® почвенной среды у данных подтипов черноземов. В северных подтипах соответствующее промачивание надкарбонатной толщи в большинстве случаев совпадает с периодическим промачиванием почвенного профиля в целом. Это обусловливает однонаправленное усиление выноса карбонатов за пределы почвенного профиля и, как следствие, шдкисление почвенной среды. Основным процессом, обусловливающим отмеченные эволюционные изменения в карбонатном профиле пахотных черноземов, является водная миграция, определяющая особенности внутрипрофильного перераспределения карбонатов.

Отмеченные особенности поведения карбонатов в почвенном профиле различных подтипов наиболее ярко проявляются при орошении, В орошаемых черноземах сезонная динамика пульсационно-миграционных процессов характеризуется большей амплитудой к частотой колебаний, что на первых этапах орошения зачастую приводит к- подщелачиванию среды верхних горизонтов южных подтипов. Орошение северных подти-

пов сопровождается однонаправленным подкислением почвенной среды. В целом, в условиях орошения, в отличие от неорошаемых почв, расширяется зона выщелачивания, снижается содержание карбонатов по всему профилю, опускается линия вскипания, достигает максимума коэффициент варьирования содержания карбонатов в горизонте пульсаци-онно-миграционных процессов и снижается его нижняя граница, а также несколько возрастает коэффициент варьирования в верхней части собственно карбонатной толщи.

В этих условиях в черноземах наблюдается нарушение сезонного цикла миграции карбонатов. Поступление больших количеств оросительной воды в период активного роста растений и, соответственно, максимальной концентрации в почвах С02 усиливает однонаправленную миграцию - вымывание карбонатов из верхних слоев почвы, что препятствует восстановлению карбонатного состояния черноземов, которое характерно для неорошаемых аналогов в засушливые периоды. Отмеченные изменения могут явиться причиной нарушения и других природных циклов, свойственных черноземным почвам и непосредственно связанных с наличием карбонатов кальция, в частности: дестабилизации почвенного поглощающего комплекса, увеличения подвижности органического вещества и др.

Вышеизложенное позволяет заключить, что распределение карбонатов в профиле черноземов есть результат почвообразовательных процессов. Количественные различия в содержании свободных карбонатов и однонаправленные морфогенетические изменения карбонатного профиля в рассматриваемых рядах почв однозначно свидетельствуют о генетической связи последнего с гидротермическим режимом почв и указывают на его эволюционную направленность в сторону соседних, более гумидных подтипов.

8.ГУМУСОВЫЙ ПРОФИЛЬ ЧЕРНОЗЕМОВ,ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ И НАПРАВЛЕНИЕ ЕГО ЭВОЛЮЦИИ.

Вопросы генезиса и эволюции почв двуедины по сути и составляют основу или теоретический фундамент почвенной науки. Не зная механизма формирования почв, невозможно понять особенностей изменений их во времени, поэтому прежде всего рассмотрим процессы формирования гумусового профиля.

Современная наука формирования гумусового профиля черноземов трактует только с позиций разложения мощных корневых систем луго-во-степной растительности In situ. Вместе с тем, обращают на себя

внимание необъяснимые с вышеуказанных позиций факты: отсутствие однозначной корреляции между массами С гумуса и С корней в профиле (8:1 в верхней и 120:1 в нижней его частях); профильная гетерох-ронность гумусовых веществ; фракционирование гумусовых кислот; многообразие форм профильного распределения гумуса на всех таксономических уровнях; затечный (карманный по Б. Г.Розанову,1983) характер границы перехода гумусовой толщи; неоднородность прокраски органическим веществом поверхности и внутрипедной массы (Афанасьева, 1966; Герасимов, 1977; Пономарева, Плотникова, 1980; Марголи-на и др., 1985). Все это указывает на неоднозначность процесса формирования органопрофиля черноземов.

Статистический анализ большого количества гумусовых профилей показал, что в целинных черноземах исследуемого региона распределение органического вещества в целом характеризуется равномерно-аккумулятивным типом (Розанов, 1975). Однако, детальный анализ кривой распределения показывает, что в пределах профиля тип распределения гумуса неодинаков: в верхней части (гор.А) он регрессивно -аккумулятивный; в средней - равномерно-аккумулятивный; в нижней - вновь регрессивно-аккумулятивный. В соответствии с этим меняется градиент падения содержания гумуса в различных частях профиля. В верхних слоях его величина максимальна, в нижних - минимальна (табл. 3). Отмеченные различия позволяют говорить о неадекватности процессов гумусообразования и гумусонакопления и их роли в различных частях почвенной толщи. Вышеуказанное несоответствие может быть объяснено перераспределением гумусовых веществ вследствие их водной миграции в профиле черноземов (Рупрехт, 1866; Докучаев, 1883; Леваковский, 1940; Кравков, 1978; Пономарева, Плотникова, 1980)

Для оценки влияния этого фактора на профильное распределение гумуса мы провели сравнительный анализ органопрофилей черноземов различных почвенных провинций, выделяемых, как известно, по гидротермическим показателям. Он показал, что в черноземах сопряженног-о ряда: Северо-Украинская - Окско-Донская - Нижнекамская провинций содержание гумуса в различных частях профиля не всегда адекватно отражает положение таксона в рассматриваемом ряду (рис. 3). В верхней полуметровой толще максимальным содержанием гумуса характеризуются черноземы Нижнекамь'я, минимальным - Северо-Украинские. Для нижней половины органопрофиля указанная последовательность ме-

Таблица 3.

Средние типовые показатели содержания и распределения гумуса в профиле целинных черноземов, % (П = 96)

Глубина, см X Граничные значения Р Глубина, см X Граничные значения Р

шах ШШ шах ш!п

0-5 10, 7 12, 9 8,1 -

0-10 8,5 12,1 6,8 4,4 100- ■110 1,2 2,2 0,5 0.6

10-20 7,2 11,9 5,7 1,3 110- •120 1.0 2,1 0,5 0,2

20-30 6,5 9,4 5,4 0,7 120- -130 0,8 2,1 0,6 0,2

30-40 5,4 6,7 4,5 1,1 130- -140 0,8 2,0 0,6 0,0

40-50 4.7 6,0 3,3 0,7 140- -150 0, .7 1,8 0,5 0, 1

50-60 4,1 5,2 3,0 0,6 150- -160 0,6 1,3 0,4 0,1

60-70 3,5 4.8 1,3 0,6 160- -170 0,6 0,9 0,3 0,0

70-80 2,9 4,0 1,0 0,6 170- -180 0,6 0,6 0,2 0,0

80-90 2,2 3,3 0,7 0,7 180- -190 0,6 0, 6 0,2 0,0

90-100 1,8 2,6 0,7 0,4 190- -200 0,6 0,6 0,2 0,0

Примечание. X - среднее взвешенное, Р - градиент снижения гумуса, %/дм.

няется. Наибольшее содержание гумуса отмечается для черноземов Окско-Донской и наименьшее - для Заволжья. Для.подгумусовой толщи данная последовательность вновь меняется. Выявленные особенности невозможно объяснить только инситным гумусонакоплением в черноземах или влиянием периода биологической активности почв на содержание гумуса (Орлов, Бирюкова, 1984). Очевидно, что существенную роль в этом случае играют и другие процессы. По нашему мнению, одним из таких процессов, напрямую зависящих от гидрологического режима. является процесс иллювиирования веществ. С учетом последнего становится понятным причина перехода черноземов Нижнекамья по со-

держанию гумуса с первого места в верхней части профиля на последнее в нижней, а также факт наибольшего количества гумуса в средней части профиля черноземов Окско-Донской провинции. Причина заключается в более глубоком и частом промачивании второй половины гумусовой толщи почв этой провинции по сравнению с черноземами Нижне-камья и отсутствием частого сквозного промачивания по сравнению с почвами Украины, что приводит к соответствующим различиям в перераспределении гумусовых веществ. О неоднозначности процесса формирования гумусовых профилей также свидетельствуют и линии регрессии, которые показывают падение содержания органического вещества на единицу глубины. При одном инситном гумусообразовании они должны были бы быть почти параллельными и отличаться только количественным уровнем. В действительности не эти линии имеют различные углы наклона и зачастую пересекаются между собой в пределах профиля. Величина коэффициента регрессии возрастает от почв Украины к Нижнекамью более чем в 2, 5 раза. Мы считаем, что такое явление может иметь место лишь при значимом влиянии и различной интенсивности процессов иллювиирования гумусовых веществ при формировании ор-ганопрофиля черноземов.

J2 О, 20 40.

2 4 6 0 1С 12 Гуюс.%

60 80

groo

100

&I20 й

140 ICO

120.

140. I6C.

1. Y = 5.9 - О.05X

2. Y = 9.4 - 0.08Х

3. Y =12.0 - 0.13X

ieoi

I8CL

Рис. 3. Профильное распределение, уравнения и линии регрессии гумуса в черноземах различных почвенных провинций: 1-Северо-Украинской; 2-Окско-Донской; З-Нижнекамской

Выявленные особенности гумусовых профилей черноземов различных провинций достаточно четко проявляются в генетически-сопряженном ряду подтипов в пределах одной провинции. Каждый подтип характеризуется свойственным для него градиентом падения содержания гумуса или коэффициентом регрессии, который закономерно возрастает от 0,064 в оподзоленных до 0,083 в обыкновенных черноземах. При этом к северным подтипам кривая профильного распределения усложняется и различия между эмпирическими данными и теоретическими линиями регрессии нарастают. С усилением гумидности тип кривой распределения меняется от равномерно-аккумулятивного в обыкновенных, через регрессивно-аккумулятивный - у типичных, до элювиально-иллювиального - у оподзоленных (рис. 4). Эти изменения происходят на фоне однонаправленного усиления фактора, обусловливающего перераспределение органических веществ в почвах, т.е., водного режима. Другие известные факторы, определяющие формирование гумусового профиля, .а именно: биологическая продуктивность, распределение корневых систем, условия разложения и т.д. не обнаруживают столь однозначной взаимосвязи, которая могла бы объяснить характер изменения гумусовых профилей в рассматриваемом ряду почв.

Гуцус,*

X. I . 7.В - 0,06« 2. 1 - 8,5 - 0,0681 У « 9,1 - 0,0751 4. 7 « 6,6 - 0,0881 ЗЧС6788 1С

рис. 4. Профильное распределение, уравнения |

и линии регрессии гумуса в различных подтипах целинных черноземов ЦЧО: 1-оподзоленные; 2-выщелоченные; з-типичные; 4-обыкновенные

4 3 2 1

Распашка целинных черноземов, как известно, сопровождается снижением поступления растительных остатков в почву, выравниванием их подтиповых количественных различий и однонаправленной гумидиза-цией водного режима. Это приводит к существенному снижению содержания гумуса в пахотных черноземах. Вместе с тем, наблюдается неадекватность потерь гумуса в различных подтипах и частях почвенного профиля.

В обыкновенных черноземах снижение гумуса отмечается по всему почвенному профилю. В типичных же происходит его значительное уменьшение в верхней и нижней частях гумусовой толщи и некоторое увеличение в результате перераспределения в средней части, что в целом приводит к появлению признаков элювиально-иллювиальной дифференциации гумусового профиля у этих черноземов, сближающее их по форме профильного распределения гумуса с целинными выщелоченными разностями.

В выщелоченных черноземах пашни, как и в обыкновенных, снижение гумуса отмечается по всему профилю, но при этом наблюдается усиление признаков иллювиирования гумуса в гор. В и возрастание интенсивности снижения запасов органических веществ в самой нижней части гумусовой и подгумусовой толщ. Вследствие этого в выщелоченных черноземах пашни усиливается дифференциация почвенного профиля на элювиальную и иллювиальную части, укорачивается гумусовый профиль, т.е., наблюдаются признаки, зафиксированные нами ранее у целинных оподзоленных черноземов. Необходимо также подчеркнуть, что в нижней части почвенного профиля у выщелоченных черноземов градиенты падения содержания по абсолютной величине выше, чем у более южных подтипов. Последнее свидетельствует о более интенсивном поступлении в эту часть профиля гумусовых веществ из вышележащей толщи. Такое изменение распределения гумуса в нижней части почвенного профиля в ряду черноземов от обыкновенных к выщелоченным не может быть объяснено иначе как усилением процессов иллювиирования гумусовых веществ в профиле этих почв в результате нарастания гумид-ности, поскольку биомасса корней и их распределение в корнеобитае-мом слое имеют обратный характер изменения в данном ряду. Таким образом, в выщелоченных черноземах пашни нарастают признаки элювиально-иллювиального перераспределения и увеличиваются потери органического вещества из нижней части профиля.

Оподзоленные черноземы при сельскохозяйственном использовании

по сравнению с целинными аналогами претерпевают наибольшие изменения (рис. 5). В данном подтипе отмечаются максимальные потери гумуса во всей толще. Небольшое увеличение содержания органического вещества наблюдается 'лишь''в псдгумуссвой части почвенного профиля. Вследствие этого у оподзоленных черноземов происходят наиболее существенные изменения в его профильном распределении. В общем плане, кривая распределения гумуса приобретает волнообразный характер, когда с глубиной участки с относительно низким градиентом падения гумуса сменяются зонами с более высокими величинами -данного показателя. То есть, профиль оподзоленных черноземов пашни четко дифференцируется на горизонты относительного накопления и выноса органического вещества. Исходя из величины градиента падения содержания более интенсивный вынос наблюдается в подпахотном горизонте и в нижней части гумусового профиля, что, в конечном итоге, приводит к укорачиванию гумусового профиля в целом и усилению в его средней части признаков элювиального горизонта. Все выявленные особенности еще раз подтверждают правомерность высказанного положения о том, что в черноземах при распашке происходит сдвиг в процессах формирования гумусового профиля в сторону северных подти-

Гумрс- х Гуытс. X .

Рис. 5. Профильное распределение, уравнения и линии регрессии гумуса в пахотных и целинных оподзоленных черноземах

пов. Анализ особенностей распределения гумуса в черноземах оподзо-ленных также показывает, что в верхней части профиля с прогрессивно-аккумулятивным типом распределения ведущая роль образования гумуса in situ сохраняется при подчиненном значении миграционных процессов. В нижней части роль последних возрастает настолько, что они играют здесь или равнозначную или даже приоритетную роль по отношению к гумусонакоплению In situ. Такая тесная положительная коррелятивная связь между наличием признаков миграционных процессов в гумусовом профиле и гумидизацией водного режима в исследуемом ряду однозначно свидетельствует о возрастающей роли процессов иллювиирования в формировании гумусового профиля черноземов в под-зональном ряду с юга на север.

Вовлечение черноземных почв в орошаемое земледелие сопровождается интенсификацией процессов их дегумификации. Так, если в почвах неорошаемой пашни за более чем 200-летний период использования количество гумуса в верхнем горизонте снизилось на 1,5 - 2,0 %, то при орошении за меньшее время (примерно..на порядок), потери гумуса в соответствующем слое составили около 1, 0 %. В профильном распределении органического вещества уменьшается величина градиента падения его содержания с 0,056 у богарных до 0,048 у орошаемых разностей.. У типичных черноземов в этих условиях происходит сглаживание характерного для неорошаемой пашни "наплыва" в центральной части кривой. При этом наблюдаемые преобразования в органопрофиле орошаемых почв протекают на фоне изменения одного фактора - водного режима. Последнее позволяет заключить, что ведущим фактором в вариациях гумусовых профилей в условиях орошения является водный режим почв. Его влияние может быть прямым, приводящим к усилению миграции, и опосредованным, через изменение интенсивности микробиологической деятельности, обусловливающей ускорение минерализации гумуса. В многолетней динамике содержания гумуса на фоне его общих потерь в профиле в целом, на первых этапах орошения наблюдается некоторый рост количества органического вещества в пахотном горизонте. Последнее связано с двумя причинами: увеличением биопродуктивности с/х культур и, соответственно, массы растительных остатков, поступающих в почву, а также возрастанием скорости процессов их гумификации (Розанов и др., 1975; Орлов и др.; 1980; Дегтева, 1984). В то же время, в подпахотных слоях наблюдается нарастание относительной величины потерь гумуса с глубиной. С увеличением

срока орошения (> 10 лет) отмечается интенсивная дегумификация верхней полуметровой толщи и некоторая ее стабилизация в нижележащей, что обусловлено достижением определенного равновесия почвенных процессов с изменившейся экологической обстановкой (Дегтева, 1984).

Сопоставляя степень изменения гумусового профиля черноземов типичных в рассматриваемом агрогенном ряду: целина - пашня - орошаемая пашня с таковой в генетически сопряженном ряду подтипов, следует отметить близость характера трансформации их гумусовых профилей при количественно сопоставимых вариациях степени увлажнения; Это указывает на взаимосвязь изменения гумусового профиля с водным режимом. Другими словами, эволюция гумусового профиля пахотных черноземов в ряду: целина - пашня - орошаемая пашня по характеру сходна с таковой в ряду целинных аналогов с той лишь разницей, что в пахотных черноземах она имеет однонаправленный характер изменения в сторону северных подтипов почв.

9.ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМОВ, ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ ЛО ПОДТИПАМ И В РЯДУ: ЦЕЛИНА - ПАШНЯ - ОРОШАЕМАЯ ПАШНЯ.

9.1.Групповой и фракционный состав гумуса.

Гумусовые вещества, продуцируемые в ходе почвообразовательного процесса, являются основными компонентами, формирующими почвенный профиль. По мнению В.В.Пономаревой и Т.А.Плотниковой, разнообразие почв в природе вообще и подтнповые особенности черноземов в частности, непосредственно связаны с изменением состава и свойств гумусовых веществ, своеобразием воздействия их на минеральную толщу почвы. Большой вклад в познание природы и свойств гумусовых веществ почв, в том числе черноземов, внесли И.В.Тюрин, М.М.Кононова, В.В.Пономарева, Т.Н.Плотникова, Л.Н.Александрова, Д.С.Орлов, Л.А.Гришина, П.Г.Адерихин, Б. П. Ахтырцев, А.П.Щербаков, Г.А.Шевченко и другие.

Детальный анализ подтиповых особенностей профильного изменения качественного состава гумуса позволяет более глубоко понять сущность процесса формирования и эволюцию гумусового профиля черноземов в естественных условиях и в условиях антропогенного воздействия. Данные В.В.Пономаревой и Т.Н.Плотниковой (1980) показывают, что в целинных типичных черноземах качественный состав гумуса неодинаков и для большинства фракций с глубиной меняется неадекватно изменению содержания валового гумуса. Так, доминирующая е

составе гумуса черноземов фракция ГК-2 имеет максимум относительного содержания во второй половине- гумусовой толщи, а по форме профильного распределения выраженный элювиально-иллювиальный или "натечный" характер. Фракции ГК-1 и ГК-3 по относительному содержанию близки между собой и доля их в составе гумуса мало меняется с глубиной. В.отличие от ГК, распределение относительного содержания фульвокислот в общем плане однотипно. Их доля в составе гумуса закономерно нарастает с глубиной с 25 % в поверхностном слое до 80 % на глубине 3-х метров. Т. е., профильное распределение их относительного содержания, в отличие от гуминовых кислот, имеет однозначный - элювиальный характер разной степени выраженности. Исключением является фракция ФК-1, содержание которой также как и ГК-1 вниз по профилю уменьшается. Такое изменение относительного содержания фракций гумуса в профиле черноземов нельзя объяснить только спецификой процессов гумусообразования в различных его частях. В тоже время указанные особенности становятся понятными, если признать утверждаемое нами положение о значимой роли процессов перераспределения гумусовых веществ в формировании органопрофиля черноземов.

Анализ данных по групповому и фракционному составу гумуса исследуемых подтипов целинных черноземов показывает, что в ряду от обыкновенных к оподзоленным отмечается тенденция возрастания доли фракции ГК-1 и ГК-3, а в их профильном распределении появляются признаки элювиально-иллювиального характера (рис. 6). В распределении же фракции ГК-2 на фоне отмеченных типовых особенностей наблюдается увеличение относительного содержания ее с глубиной, усиление выраженности признаков "натечности" у северных подтипов по сравнению с южными и смещение максимума ее относительного содержания вглубь почвенного профиля.' В то же время доля фульвокислот в групповом составе гумуса черноземов имеет тенденцию нарастания от обыкновенных подтипов к оподзоленным. Исключением являются типичные разности, в профиле которых отмечается абсолютный максимум отг носительного содержания фракций ФК. Процент негидролизуемого остатка в толще исследуемых черноземов также неодинаков. Наименьшими его величинами характеризуются типичные черноземы, что здесь, видимо, связано с более оптимальными условиями гумификации растительных остатков, к северу и к югу от этого подтипа количество негидролизуемого остатка нарастает. В целом, отмеченные изменения в

профильном распределении фракций гумусовых веществ в ряду исследуемых подтипов хорошо согласуются с изменением их водного режима и, следовательно, в значительной степени обусловлены выраженностью процессов перераспределения веществ.

Анализ группового и фракционного состава гумуса в агрогенном ряду показывает, что в процессе сельскохозяйственного использования черноземов в богарном земледелии происходит резкое снижение фракции ГК-1 в верхней части профиля, увеличение по всему, профилю ГК-2 и некоторое возрастание ГК-3 в гор. Апах (рис. 7).

содержание С фракций. Нот С общ.

{2§дгкф[>»ыа«1 »КФрщшЙ!» I

£22ГКфр|ШИ»5 «Ссуимфр. 1ДЗ

ГК фрвкцклЗ ГШ кервстаор. ссптъг

Рис. 6. Состав гумуса в профилях целин ных черноземов: (а)-оподаопенных (б)-тилишшх ¡¡(в)-о6икнои^1Шх

содержание С фракций, % от С общ. еб во юо о. . гр

Рис. 7« Состав гумуса в профилях обык новенвых черноземов различных угодий (а - целина, б - пашня, с - орошаемая . пашкя).

^дгкфремшч Щ§ «СфрмщмЬ ЩЛСфрыздиг 23 4К<у>аифр.иЗ ^ддГКфрмнилЗ нгрютлц сапки

Б то же время, в черноземах пашни отмечается слабо заметный рост количества фульвокислот практически по всему профилю, снижение величины негидролизуемого остатка в гумусовой толще и локальное увеличение его доли в подгумусовой части профиля. В целом, в рассматриваемых подтипах происходит сглаживание профильной дифференциации состава гумуса, особенно в верхней части, и снижение глубины залегания максимума относительного содержания ГК-2. Указанные изменения состава органического вещества пахотных черноземов обусловлены нарушением естественного хода процессов гумусооб-разования и гумусонакопления в различных частях профиля по сравнению с целинными аналогами в результате перемещения основных зон продуцирования гумусовых и прогумусовых веществ в минеральную толщу почв из-за уничтожения степного войлока и дернины. Кроме того, в пахотных почвах при гумидизации их водного режима происходит увеличение зоны активного промачивания и, соответственно, усиление процессов внутрипрофильного перераспределения гумусовых веществ.

В орошаемых черноземах направленность изменений факторов, обусловливающих процессы гумусообразования и гумусонакопления, отмеченная в пахотных черноземах, сохраняется. Вследствие этого в условиях орошения наблюдается сглаживание профильных различий в составе гумуса, приводящее к почти равномерному распределению в большей части гумусовой толщи ГК-2 и ГК-3 и некоторому увеличению доли фракций ГК-1, а также нарастанию профильной дифференциации фульвокислот, проявляющейся в увеличении их количества на границах перехода пахотного горизонта и гор. А. Более сильное воздействие орошение оказывает на нижнюю часть почвенного профиля. Здесь наблюдаются изменения не только количественных, но и качественных показателей состава гумуса. Резко снижается доля гумусовых кислот и возрастает процент негидролизуемого остатка. Все отмеченные изменения профильной дифференциации состава гумуса в орошаемых черноземах обусловлены, с одной стороны, возрастанием интенсивности процессов гумусообразования и перераспределения веществ в этих условиях, а, с другой, усилением процессов его минерализации в нижней части почвенного профиля, что, видимо, и приводит к возрастанию доли нерастворимого остатка в данной толще.

Детальный анализ группового и фракционного состава гумуса в профиле почв в генетически сопряженном и агрогенном рядах позволяет заключить, что, несмотря на общепринятые положения об относи-

тельной консервативности состава гумуса черноземов, последний в профиле почв исследуемых рядов подвержен существенным и закономерным изменениям.

9.2.Динамика содержания гумуса в черноземах.

Сезонная динамика. При исследовании эволюционных процессов формирования гумусового профиля черноземов неизбежно встает вопрос о динамике содержания гумуса и его лабильных форм. К сожалению, исследования подвижного органического вещества не столь многочисленны. Исходя.из этого и для более глубокого познания сущности процессов формирования гумусового профиля и оценки роли миграционных явлений, проводились исследования динамики содержания общего гумуса и его подвижных форм в различных подтипах черноземов.

Анализ■полученных результатов показывает, что в течение вегетационного периода от весны к осени в неорошаемых почвах отмечается незначительное повышение общего органического вещества, примерно, на 0.2 - 0,3 %. В условиях орошения в большинстве случаев содержание общего гумуса, напротив, несколько снижается, что, очевидно, обусловлено более высокой интенсивностью процессов минерализации органического вещества почв в период вегетации в условиях повышенного увлажнения.

Сезонная динамика лабильного органического вещества, определяемого по методике Тюрина, в основном, выражается в увеличении его количества по всему профилю от весны к осени и снижении его содержания в верхней части к весне следующего года почти до исходного уровня, вследствие перераспределения в осенне-зимне-ранне-ве-сенний период. Изменение экологических условий почвообразования приводит к существенному изменению содержания лабильной фракции гумусовых веществ. Гак, орошение черноземов сопровождается увеличением количества последних. Профильное распределение относительного содержания лабильного гумуса характеризуется двумя выраженными максимумами в верхней и нижней частях профиля. Это свидетельствует о наличии двух доминирующих процессов, приводящих к накоплению гумуса в соответствующих частях: в верхней толще - это процесс гумификации растительных остатков, в нижней - процесс миграции и перераспределения гумусовых веществ.

Сравнивая содержание и распределение лабильного гумуса в профиле исследуемых почв, можно отметить, что черноземы лесостепи (типичные) характеризуются максимальным его количеством, а про-

фильное распределение - выраженными прогрессивно-аккумулятивными признаками. В черноземах степи количество лабильного гумуса меньше, , а в профильном распределении преобладают равномерно-аккумулятивные признаки егс накопления.

Заключая вышеизложенное, можно констатировать, что гумус черноземов - довольно динамичная часть почвы. Содержание его общего количества в годовом цикле в наибольшей степени'меняется в верхнем полуметровом слое, а лабильного - во всей гумусированной толще. Гумидизация водного режима почв сопровождается увеличением количества его лабильных форм.

Многолетняя динамика содержания общего гумуса в черноземах пашни показывает, что за 25-летний период исследуемые подтипы потеряли 0,7 - 1,4 % гумуса в пахотном горизонте и 0,4 - 1,0 % -в слое 30 - 50 см (рис. 8). Наибольшие потери в этот период отмечаются у типичных черноземов, к югу и северу от них они снижаются. В рассматриваемом ряду почв в горизонте Апах минимальные потери наблюдаются в черноземах выщелоченных, а в подпахотном - в черноземах обыкновенных. В целом в многолетней динамике происходит снижение темпов падения гумуса, выравнивание между исследуемыми подтипами различий в его содержании в гор. Апах. что позволяет прогнозировать стабилизацию его количества при существующих технологиях с/х производства на уровне, определяемом балансом органического вещества в агроценозах (Муха, 1988).

-------

1хз

им

тзп "¡ЯП год

5т

»о

Условные обозначения; А - выщелоченный В - обыкновенный

слей 0-20 с» слой 30-50см

1С. 8. Многолетняя динамика содержания гумуса в черноземах пашни (среднее для подзоны, при п=4 5-108)

9.3. Пространственная изменчивость содержания гумуса в профиле черноземов.

По мнению Ф.И.Козловского, Е.А.Дмитриева, Л.О.Карпачевского, В. Ф. Валькова и других, пространственное варьирование свойств почв есть объективная закономерность, детерминируемая микронеоднородностью условий почвообразования, т.е., их генезисом и эволюцией. Всякая средняя - это лишь половина характеристики изучаемого признака, вторая половина - оценка варьирования. Исследования данного параметра проводились нами в пределах элементарных почвенных ареалов ряда почв: целинные - пахотные - орошаемые черноземы. Было установлено, что целинные разновидности характеризуются минимальным и одинаковым пространственным варьированием в верхнем 20-ти сантиметровом слое. С глубиной отмечается нарастание всех показателей изменчивости признака. Причем, интенсивность этих изменений и уровень величин неодинаковы в профиле исследуемых почв. В целом, в толще целинных черноземов выделяются зоны с близкими характеристиками изменений рассматриваемых показателей. Расположение данных зон совпадает с почвенно-гидрологическими подгоризонтами (по Соловьеву, 1985). Следовательно, можно констатировать, что целинные черноземы находятся на стадии устойчивого квазиравновесного состояния с факторами почвообразования.

Сельскохозяйственное использование черноземов приводит к нарушению сложившегося динамического равновесия между почвой и факторами среды. В почвах неорошаемой пашни пространственная неоднородность содержания гумуса возрастает по всему профилю (рис. 9). Е его верхней части наблюдается нарушение характерного для 'целинных почв закономерного изменения показателей варьирования с глубиной. В области "плужной подошвы" происходит резкое возрастание величинь V, и затем - некоторое снижение варьирования в прилегающем нижележащем слое. Наблюдается также опускание нижних границ зон с близкими характеристиками изменчивости признака. В пределах ЭПА образуются малые локальные, вертикально-сопряженные участки повышенное концентрации гумуса, совпадающие с микрозонами глубокого промачи-вания, так называемые "горячие точки" (по Ф.И.Козловскому, 1991). При орошении черноземов, как и в условиях богары, наблюдаете) адекватное однонаправленное, но более резкое изменение показателе! пространственного варьирования содержания гумуса. Наибольшая интенсивность нарастания этих величин отмечается на первых этапа:

0-10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

70-80

80-90

90-100

Рис. 9. Пространственное варьирование содержания гумуса (%) в профиле типичных черноземов ЭПА (5= 1.0 га)

-——б.изолинии гумуса

орошения. Причем, в подгумусовой толще изменчивость признака в этот период достигает своего абсолютного максимума во временном ряду. В последующем происходит сглаживание пространственной неоднородности во второй половине гумусового профиля и значительное увеличение ее в пахотном горизонте. Абсолютный максимум неоднородности перемещается из нишей в самую верхнюю 0 - 10-ти сантиметровую часть этого слоя. Таким образом, в условиях орошения нарастает динамичность процессов гумусообразования и гумусонакопления даже в ежегодно перепахиваемом слое (Апах). При этом происходит размывание "горячих" точек - зон концентрирования гумуса в профиле почв. В целом, в черноземах, орошаемых более 10 лет, появляются признаки, свидетельствующие о приближении почвы к некоторому равновесию с изменившимися условиями среды.

10.СОЛЕВОЙ ПРОФИЛЬ ЧЕРНОЗЕМОВ И ЕГО ЭВОЛЮЦИЯ.

В черноземах все соли, растворимость которых не зависит от парциального давления углекислого газа в почвенном воздухе, опускаются на глубину максимального промачивания почв и фиксируют ее нижнюю границу (Афанасьева, 1974). В связи с этим, в черноземах лесостепи верхняя 2-х метровая толща хорошо промыта от легкорастворимых солей и их профиль практически не выражен. Наиболее ярко среди исследуемого ряда почв солевой профиль представлен в черноземах обыкновенных, на примере которого рассмотрим особенности его строения и эволюцию в агрогенном ряду. Общее содержание водорастворимых солей в верхнем 0 - 30 см слое составляет около О, В мг-экв/ЮО г. Солевой профиль целинных черноземов имеет хорошо выраженную элювиальную зону (0 - 30см) и нижележащую - аккумулятивную (30 - 150см). в пределах которой содержание солей с глубиной меняется незначительно (рис. 10). Признавая правомерность высказывания о соответствии зон выноса и аккумуляции солей с почвен-но-гидрологическими горизонтами (Афанасьева. 1974), а также учитывая характер профильного распределения ионов и, в особенности, хлора, не способного к поглощению почвой, можно сказать, что в целинных обыкновенных черноземах зона интенсивного внутривегетацион-ного промачивания охватывает слой 0-30 (40) см. Ниже, до глубины 150 см следует зона активного ежегодного промачивания. В пределах последней отмечаются слабо выраженные участки накопления солей на глубине 50 и 80 - 100 см, которые, видимо, маркируют зоны спорадического сезонного промачивания. В целом, распределение солей в

Катионы, мг-экв Анионы, мг-экв Катионы, мг-экв Анионы, мг-экв т м м ао а м м 1.2 , 0.8 0.4 , 0,0 . 0А . 0,8

Катионы, мг-экв

Анионы, мг-экв

0.4 0.0 СХ4 0,8 1,2 16

Рис. 10 Солевой профиль черноземов обыкновенных целинных (а), пахотных (б), орошаемых (в).

пределах указанных подгоризонтов свидетельствует о высокой сбалансированности солевого и водного режимов целинных черноземных почв. Последнее также подтверждают относительно невысокие, мало меняющиеся по профилю коэффициенты варьирования (V) содержания солей, за "исключением отмеченных переходных и локальных зон аккумуляции, где величина V заметно возрастает.

Вовлечение обыкновенных черноземов в богарное и орошаемое земледелие сопровождается трансформацией их солевого профиля. В исследуемом агрогенном ряду почв происходит однонаправленное слабое нарастание солесодержания в верхней части профиля и более значимое в нижней. В качественном составе солей заметно меняется соотношение ионов. Так, в катионном составе однонаправленно и по всему профилю возрастает доля Ма+ и снижается доля Са2 + , что, в конечном итоге, приводит к перестановкам в ряду катионов: Са2 + меняется на Na+. В составе возрастает доля S042", СГ и снижается НС03". Такая эволюция качественного состава солей создает условия для развития процессов осолонцевания почв. В целом, в солевом профиле черноземов рассматриваемого агрогенного ряда происходит увеличение зоны элювиирования солей; сглаживание границы ее перехода в иллювиальную толщу; размывание и перемещение выраженной аккумулятивной толщи гидрокарбоната кальция на глубину 180 - 220 см (у орошаемых черноземов), приуроченную у целинных черноземов к верхней половине гумусового профиля. При этом в богарных черноземах превалируют процессы размывания профиля, тогда как в орошаемых -перераспределения, аккумуляции и формирования новой выраженной иллювиальной толщи на глубине 200 см.кроме того, в эволюционном ряду черноземов возрастает выраженность и частота концентрационных пиков, приуроченных к границам перехода горизонтов и слою плужной "подошвы", что связано с усилением интенсивности миграционных потоков водорастворимых солей в профиле почв. В общем плане глубины залегания локальных пиков концентрирования и собственно иллювиальной толщи совпадают с границами гидрологического профиля и свидетельствуют об коррелятивной связи эволюции солевого профиля черноземов с изменением водного режима почв в ряду: целина - пашня -орошаемая пашня.

11.ВЫВОДЫ

1. Черноземообразование в центре Русской равнины протекает на фоне мощной антропогенной нагрузки и относительного равенства воздействия ведущего фактора-растительности. Зональная и подзо-нальная дифференциация почвенного покрова, в основном, определяются изменением тепла и влаги.

Морфогенетические признаки подтипов черноземов, наряду с известными закономерными изменениями в широтно-географическом (или эволюционно-генетическом) ряду, претерпевают однонаправленные, необратимые изменения в агрогенном ряду почв: целина - пашня -орошаемая пашня. Интенсивность этих процессов определяется степенью антропогенного воздействия и гумидизацией водного режима.

2. В процессе почвообразования в гранулометрическом составе черноземов, наряду с оглиниванием, наблюдается внутрипрофильное перераспределение илистой фракции, признаки которого нарастают к северным подтипам и в ряду: целина - пашня - орошаемая пашня. Вследствие этого меняется соотношение доминирующих в гранулометрическом составе фракций: ила и крупной пыли.

Каждый подтип черноземов существует в строго определенных условиях водного режима.В пахотных черноземах по количественным показателям он сдвигается в гумидную сторону. Годовое приращение влаги при богарном земледелии в среднем составляет 20-40 мм, а при орошении - 200 - 300 мм, т.е., водный режим в этих условиях сдвигается более, чем на одну подтиповую градацию. Гумидизация черноземов приводит к укрупнению и снижению водопрочности структурных отдельностей в структурно-агрегатном составе. При сельскохозяйственном использовании интенсивность негативных изменений физических свойств нарастает.

3. Физико-химические свойства черноземов претерпевают закономерные и, как правило, однонаправленные изменения в эволюцион-но-генетическом и агрогенном рядах. В целинных почвах от обыкновенных к оподзоленным подтипам отмечается снижение ЕКО, уменьшение количества Саг+ и MgE+ и увеличение Н+ в составе ППК. Распашка целинных черноземов сопровождается уменьшением ЕКО, содержания Са2+ и Mg2* и возрастанием доли Н+ и Na*. Указанные изменения наблюдаются, в основном, в гор. Апах., за исключением Н+, количество которого меняется и в более глубоких слоях профиля. Наблюдается также рост пространственной изменчивости состава ППК, ко-

торая коррелирует с подвижностью катионов в почве. По величине V они располагаются в следующий ряд: Саг+ < Мя2+ < Ма+ < Н+. Степень трансформации ПЛК нарастает при орошении и в ряду от обыкновенных к оподзоленным черноземам.

4. Орошение черноземов пресными водами (О,2-0,5 г/л) суль-фатно-гидрокарбонатно-кальциево-магниевого состава на первых этапах вызывает увеличение нестабильности состава ППК и дифференциации профиля по величине V. В ППК снижается количество Мё2+ и возрастает Иа+ и Н+, в особенности, в поверхностных слоях. При длительном орошении {> 10 лет) в профиле почв происходит выравнивание пространственного варьирования содержания катионов, но на более высоком уровне. В ППК уменьшается количество Са2+ и увеличивается М^*. а также Иа+ и Н+. Наблюдается падение ЕКО в верхних слоях и некоторое его увеличение в нижележащей толще. На этом этапе состояние и состав ППК претерпевают изменения, соответствующие фактору гидрологического режима.

5. Карбонатный профиль черноземов характеризуется наиболее высокой пространственной изменчивостью и, соответственно, нестабильностью. В целинных черноземах от обыкновенных подтипов к оподзоленным по мере нарастания увлажнения происходит снижение содержания карбонатов, увеличение зоны выщелачивания, нарастание резкости границы перехода элювиальной толщи в собственно карбонатную и изменение формы карбонатных новообразований. В пахотных черноземах, особенно при орошении, нарастает интенсивность пуль-сационно-миграционных процессов, нередко приводящая на начальных этапах орошения к подщелачиванию почвенной среды ( у южных подтипов ). Интенсивность изменения карбонатного профиля в условиях орошения резко возрастает, и чере'з 10-15 лет он приобретает черты соседнего, более гумидного подтипа.

6. На всех таксономических уровнях гумусовый профиль черноземов характеризуется значительным многообразием видов и форм распределения органического вещества. Интегрированным диагностическим показателем гумусовых профилей может быть градиент падения содержания (Р) его с глубиной. У черноземов эта величина варьирует от 0,048 до 0,13 %/дм. На всех уровнях: провинциальном, подти-повом, внутриподтиповом наблюдается тесная взаимосвязь между величиной Р и степенью увлажнения почв. Рост увлажненности сопровождается снижением данного показателя. Очевидно, формирование

органопрофиля черноземов происходит при сочетании основного процесса гумусообразования - разложения растительных остатков in situ- с внутрипрофильным перераспределением органического вещества. Значимость последнего нарастает по мере увеличения степени увлажнения' почв.

7. Сельскохозяйственное использование черноземов сопровождается их дегумификацией. Достоверным показателем, отражающим уровень развития деградационных процессов в этих почвах, является профильное распределение органического вещества. В черноземах пашни, в особенности при орошении, уменьшается величина Р, изменяется форма кривой профильного распределения гумуса и возрастает интенсивность его внутрипрофильного перераспределения. Степень и направление изменений гумусовых профилей черноземов в агрогенном ряду: целина - пашня - орошаемая пашня при количественно сопоставимых вариациях степени увлажнения сходны с таковыми в генетически-сопряженном ряду подтипов.

8. В черноземах качественный состав гумуса неодинаков по подтипам и для большинства фракций с глубиной-меняется неадекватно изменению валового гумуса. В целинных аналогах фракция ГК-2 имеет максимум относительного содержания во второй половине гумусовой толщи, а по форме профильного распределения- выраженный элювиально-иллювиальный или "натечный" характер. Профильное распределение относительного содержания большинства фракций ФК имеет однозначный, элювиальный характер. В ряду от обыкновенных к опод-золенным черноземам в составе гумуса отмечается тенденция возрастания доли фракций ГК-1, ГК-3 и ФК. а в профильном распределении -усиление признаков выраженности "натечности" и смещение максимума относительного содержания ГК-2 вглубь профиля.

9. Сельскохозяйственное использование черноземов приводит к резкому снижению фракции ГК-1, увеличению по всему профилю гк-2, некоторому возрастанию ГК-3 в горизонте Апах, а также снижению в гумусовой толще доли негидролизуемого остатка. В.целом, наблюдается сглаживание профильной дифференциации состава гумуса, особенно в верхней части, и уменьшение глубины залегания максимума относительного содержания ГК-2. При орошении происходит дальнейшее сглаживание профильного распределения ГК-2 и ГК-3, увеличение относительного содержания ГК-1 и усиление профильной дифференциации ФК. Наиболее сильное воздействие орошение оказывает на нижнюю

часть профиля. Здесь резко снижается доля гумусовых кислот и возрастает доля негидролизуемого остатка.

10. Сезонная динамика лабильного органического вещества выражается в увеличении его количества от весны к осени и снижении в верхней части, почти до исходного уровня, к весне следующего года вследствие внутрипрофильного перераспределения в осенне-зим-не-ранневесенний период. В ряду исследуемых почв более высоким содержанием лабильного гумуса характеризуются черноземы лесостепи и меньшим - степи.

11. В профиле целинных черноземов выделяются зоны с близкими вариационно-статистическими показателями распределения гумуса. Расположение этих зон совпадает с почвенно-гидролрогическими под-горизонтами. Сельскохозяйственное использование приводит к усилению пространственной неоднородности содержания гумуса во всем профиле. Происходит опускание нижних границ зон с близкими характеристиками изменчивости признака. В пределах ЭПА образуются малые, локальные, вертикально-сопряженные ( по всей толще ) участки повышенной концентрации гумуса, совпадающие с микрозонами глубокого промачивания, так называемые, "горячие точки". В условиях орошения наблюдается однонаправленное, но более резкое изменение показателей пространственного варьирования содержания гумуса. Наибольшая интенсивность нарастания этих величин отмечается на первых этапах. При орошении более 10 лет проявляются признаки, свидетельствующие о приближении почвы к некоторому равновесию с изменившимися условиями среды.

12. Солевой профиль целинных черноземов имеет хорошо выраженные элювиальную и аккумулятивную зоны, их границы маркируют глубину вегетационного и годового промачивания. Вариационно-статистический анализ и изменение показателей варьирования солей по профилю свидетельствуют о высокой сбалансированности солевого и водного режимов в целинных черноземах. Вовлечение этих почв в богарное и орошаемое земледелие сопровождается трансформацией солевого профиля. В агрогенном ряду происходит слабое однонаправленное нарастание солесодержания в верхней части профиля и более значительное - в нижней. В составе солей меняется соотношение ионов:" возрастает доля М+, 3042~ и СГ и снижается доля Са2+ и НС03".В профиле почв в ряду :целина - пашня - орошаемая пашня происходит увеличение зоны элювиирования солей, размывание и пе-

ремещение выраженной аккумулятивной толщи гидрокарбоната кальция на глубину 200 см ( в орошаемых ) и усиление выраженности и частоты появления концентрационных пиков солей.

13. Многоуровневый анализ морфогенетических, химических, физико-химических и других свойств показал, что изменение состава и свойств почв и почвенных процессов в естественно-широтносопряжен-ном и агрогенном рядах сходны по направлению, обусловлены, в основном, гумидизацией водного режима почв и свидетельствуют об эволюции черноземов в сторону соседних, северных подтипов.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

х - работы, выполненные в соавторстве.

Iх. Влияние сельскохозяйственного освоения и окультуривания почв Центрально-Черноземных областей на содержание подвижного азота в их профиле // Науч. докл. высшей школы. Биол. науки. 1974. N 6. С. 115 - 119.

2х. Продуктивность озимой пшеницы и сахарной свеклы на различных подтипах черноземов Центрально-Черноземной полосы // Почвоведение. 1977. К 7. С'. 43 - 53.

3х. Микроэлементы в системе почва - растение в условиях Центрально-Черноземной полосы // Агрохимия. 1978. N 6. С. 102 - 107.

4. Особенности географического распределения подвижных элементов пищи в почвах Центрально-Черноземных областей // Почвоведение и проблемы сельского хозяйства ( генезис, география и плодородие почв ). Воронеж, 1979. С. 76 - 85.

5х. Биологическая продуктивность обыкновенных черноземов Воронежской области // Почвы и их биологическая продуктивность. Тарту, 1979. С. 146 - 148.

6х. Применение ЭВМ в дисперсионном анализе для выявления зависимости в динамике почвенных процессов / Депонир. в. ВИНИТИ.

1979. N 4205-79. И. 12. 35 с.

7х. Пространственное варьирование свойств почв и продуктивность сельскохозяйственных растений внутри элементарного почвенного ареала // Структура почвенного покрова и ее значение для картирования почв, учета и использования почвенных ресурсов. Кишинев,

1980. С. 36 - 38.

8. Физико-химические свойства почв и продуктивность растений в культурном биогеоценозе // Физико-химические свойства почв и их плодородие. Воронеж, 1981. С. 61 - 67.

9х. Водный и пищевой режимы почв южной части Среднерусской возвышенности // Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв Южного Урала и Поволжья. Тез. докл. X науч.-произв. конференции. Уфа, 1982. С. 124.

10х. Биологический круговорот веществ и его роль в формировании почвенной неоднородности // Биогеохимический круговорот веществ. Тез. докл. Всесоюз. конференции. М., 1982. С, 80 - 81.

11х. Взаимосвязь между свойствами почвы и продуктивностью растений в культурном биогеоценозе // Тез. докл. VII Делегатского съезда Всесоюз. общества почвоведов. Ч. III. Ташкент, 1985. С. 20 -21.

12х. Влияние антропогенного фактора на структурное состояние черноземов в условиях орошаемого и богарного земледелия // Изменение почв Центрального Черноземья под влиянием антропогенных факторов. Воронеж, 1Э86. С. 35 - 46.

13х. Биологическая продуктивность и баланс органического вещества е агроценозах на обыкновенных черноземах Богучарского района Воронежской области. Там же. С. 128 - 139.

14х. Влияние сельскохозяйственного использования на химический состаЕ и свойства черноземов ЦЧО // Агропочвоведение и плодородие почв. Воспроизводство и оптимизация плодородия почв. Ч. I. Л., 1986. С. 83 - 84.

15х. О роли культурной растительности в пространственном варьировании свойств почв // Генезис, свойства и мелиорация почв Среднерусского Черноземья. Воронеж, 1987. С. 13 - 20.

16х. Влияние гидрологического режима на состав и свойства почвы как компонента биогеоценоза // Влияние гидрологического режима на структуру и функционирование биогеоценозов. Сыктывкар, 1987. С. 3-4.

17х. Изменение содержания свободных карбонатов и состава обменных катионов в орошаемых черноземах лесостепной зоны // Повышение эффективности мелиорации и водного хозяйства на Дальнем Востоке. Ч. I. Мелиорация земель. Владивосток, 1987. С. 47 - 48.

18х. Режим грунтовых вод на орошаемых почвах Воронежской области. Там же. С. 92 - 93.

19х. Проблемы сохранения плодородия черноземов при орошении // Земледелие. 1988. M 3. С. 29 - 30.

20х. Орошение черноземов лесостепной зоны // Вестник с.-х. науки. 1988. N 9. С. 120 - 123.

21х. Влияние орошения на некоторые показатели плодородия черноземов Воронежской области // Плодородие почв Среднерусской лесостепи и пути его регулирования. Воронеж, 1988. С. 11 - 18.

22х. Физические и водно-физические свойства орошаемых черноземов обыкновенных Воронежской области. Там же. С. 60 - 66.

23х. Групповой и фракционный состав гумуса черноземов ЦЧО и его изменение в условиях орошения // Научные и практические приемы повышения плодородия почв Урала и Поволжья. Уфа, 1988. С. 145 -146.

24х. Оценка агрохимических и мелиоративных показателей черноземов ЦЧО з условиях орошения. ( Методические указания ). Новочеркасск, 1988. 38 с.

25. Проблемы сохранения плодородия черноземов ЦЧР при орошении // Расширенное воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии. М., 1988. С. 139 - 145.

26. Характер вегетационной динамики рН в различных подтипах черноземов 1140 // Тез. докл. VIII Всесоюз. съезда почвоведов. Кн. 5. Новосибирск, 1989. С. 92.

27. Химические свойства черноземов ЦЧЭР и их изменение в условиях орошения // Мониторинг и охрана окружающей среды. Воронеж, 1989. С. 47 - 48.

28х. Влияние орошения на свойства черноземов Центрально-Черноземных областей. ( Обзорная информация ). М., 1989. 35 с.

29х. Окислительно-восстановительные условия в орошаемых черноземах ЦЧО // Орошаемые черноземы и их рациональное использование. Новочеркасск, 1990. С. 35 - 39.

30х. Приемы сохранения и повышения плодородия орошаемых обыкновенных черноземов в кормовых севооборотах Центрально-Черноземных областей. ( Методические указания ). Новочеркасск, 1990. 48 с.

31х. Nutrlent Cycling In Biogeocenoses of the Central Cherno-zemlc Zone. USSR. Transactions of the 14th ICSS. V. IV. Kyoto, Japan. 1990. P. 282 - 287.

32х. Влияние орошения на солевой состав черноземов Воронежской области // Агроэкологические проблемы плодородия и охраны почв

Среднерусской лесостепи. Воронеж, 1991. С. 4-9.

33х. Влияние орошения на состав обменных катионов и содержание свободных карбонатов в черноземах Воронежской области. Там же. С.

34х. Указания по рациональному использованию орошаемых черноземов Северного Кавказа и Центрально-Черноземных областей. Новочеркасск, 1992. 104 с.

35х. Агрогенная трансформация почв при"различной интенсивности использования // Рациональное использование земельных ресурсов. Киров, 1993. С. 25 - 26.

36х. Подтиповые особенности карбонатного профиля черноземов и его агрогенная трансформация // Современные проблемы почвоведения И экологии. М., 1994. С. 142 - 143.

37. Направление современной эволюции черноземов центра Русской равнины // Современные проблемы охраны и воспроизводства почвенного плодородия. Материалы межгосударственного научного семинара. Киев, 1994. С. 26 - 27.

38х. Гумусовый профиль черноземов и- его агрогенная трансформация // Тез. докл. Российской науч. практ. конференции. Ч. I. Орел, 1994. С. 206 - 207.

39х. К вопросу о формировании гумусового профиля черноземов // Почвоведение. (Принята в печать ).

80 - 87.

Заказ 84 от 9,03.95 г. Тир, 100 экз. Формат 60 X 90 1/16. Объем 2 п.л. Офсетная лаборатория В1У.

Информация о работе

Щеглов, Дмитрий Иванович
доктора биологических наук
Воронеж, 1995
ВАК 03.00.27

Автореферат

Похожие работы