Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Гумусовые вещества в формировании структурной организации почв техногенных ландшафтов Назаровской котловины
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Гумусовые вещества в формировании структурной организации почв техногенных ландшафтов Назаровской котловины"

На правах рукописи

Бабаев Максим Викторович

ГУМУСОВЫЕ ВЕЩЕСТВА В ФОРМИРОВАНИИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НАЗАРОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ

Специальность 03.02.13 - Почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 2 и АР 2012

Красноярск 2012

005014891

005014891

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Научный руководитель доктор биологических наук, доцент

Кураченко Наталья Леонидовна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Едимеичев Юрий Федорович кандидат биологических наук, доцент Жуланова Валентина Николаевна

Ведущая организация Институт почвоведения и агрохимии СО РАН

Защита диссертации состоится «15» марта 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.01 при ФГБОУ BIIO «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, просп. Мира 90

Тел/Факс: (391) 227-36-09; e-mail: dissovet@kgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан « У» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Ю.П. Ковалева

Актуальность темы. Рост добычи ископаемых углей путем использования наиболее эффективного открытого способа разработки ведет к. крупным потерям в земельном фонде страны, вследствие нарушения почв, пригодных для использования в сельском и лесном хозяйстве. Эти преобразования приводят к появлению техногенных ландшафтов с набором местообитаний, свойства и режимы которых чаще всего лишь отдаленно напоминают аналогичные характеристики естественных экосистем [Курачев и др., 2002]-. В настоящее время отвалы Назаровского угольного разреза занимают большие площади. Специфика почвенного покрова на них определяется как естественными факторами почвообразования, так и особенностями техногенеза [Чупрова, Шугалей, 2007].

Изучение особенностей почвообразования в техногенных ландшафтах является актуальным вопросом, так как без восстановления основных почвенно-экологических функций техногенные ландшафты очень длительное время будут негативно влиять на экологическую обстановку в регионе. Исследования структурной организации почв, её формирования с участием гумусовых веществ позволяют оценить степень устойчивости функционирования почв техногенных ландшафтов.

Цель исследований. Изучить роль гумусовых веществ в формировании агрегатного уровня структурной организации почв техногенных ландшафтов, созданных в результате лесной и сельскохозяйственной рекультивации, а также зональных почв Назаровской котловины.

Задачи исследований:

1. Оценить основные уровни структурной организации почв.

2. Установить состав и содержание гумусовых веществ в почвах, их водопрочных и нестойких агрегатах.

3. Определить участие гумуса и его подвижных компонентов в процессах агрегирования почв.

Научная новизна. Получены новые материалы по оценке основных уровней структурной организации техноземов и эмбриоземов, созданных на отвалах угольных разрезов Назаровской котловины. Показано, что различия в гранулометрическом составе почв техногенных ландшафтов и зональных агрочерноземов и серых почв определяют их неодинаковую потенциальную способность к острукгуриванию. Установлено, что взаимосвязь иерархических уровней структурной организации почв в наибольшей степени проявляется на уровне «элементарные почвенные частицы - микроагрегированность». Выявлены особенности состава и содержания гумусовых веществ почв, в т.ч. водопрочных и нестойких агрегатов. Установлено, что компонентами, определяющими стабильность агрегатного уровня исследуемых почв, являются водорастворимые и щелочегидролизуемые соединения подвижного гумуса.

Защищаемые положения: 1. Агрегатный уровень структурной организации техноземов и эмбриоземов глинистого и среднесуглинистого гранулометрического состава соответствует зональным почвам.

з

2. Почвы, образованные сельскохозяйственной и лесной рекультивацией, близки по содержанию-и запасам гумуса к агрочерноземам и серым почвам Назаровской котловины.

3. Формирование агрегатного уровня структурной организации почв техногенных ландшафтов определяется водорастворимыми и щелочегидролизуемыми соединениями подвижного гумуса.

Практическая значимость. Полученные материалы являются основой для разработки научно обоснованных технологий рекультивации^ направленных на развитие почвообразовательных процессов. Они могут быть использованы для оценки темпов воспроизводства плодородия почв, сформированных на отвалах, и являются базой для ведения мониторинга.

Апробация работы. Автором опубликовано 12 работ, в том числе по теме диссертации - 6, из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, - 1.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на IV Международной научно-практической конференции «Аграрная наука -сельскому хозяйству» (Барнаул, 2009); IV Международной научно-практической конференции «Инновационные тенденции развития Российской науки» (Красноярск, 2011); III Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2011); Региональной научно-практической конференции «Рациональное биологическое природопользование в Сибири: проблемы и перспективы» (Красноярск, 2011); научных семинарах кафедры почвоведения и агрохимии КрасГАУ (2005-2008); слете участников системы непрерывного образования КрасГАУ (Красноярск, 2008); на заседании краевого отделения Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Красноярск, 2011).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах, включает 6 таблиц, 26 рисунков, 17 приложений. Состоит из 6 глав, выводов, списка литературы, который представлен 209 источниками, из них 30 иностранных.

Личный вклад автора заключается в выполнении полевых и лабораторных исследований, обработке и анализе полученных результатов, подготовке научных публикаций и докладов.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору биологических наук, доценту Н.Л. Кураченко за ценные советы, доктору биологических наук, профессору В.В. Чупровой, доктору биологических наук, профессору Л.С. Шугалей за помощь в проведении полевых исследований, а также сотрудникам кафедры почвоведения и агрохимии КрасГАУ за поддержку на всех этапах выполнения работы.

Глава 1, Современные представления о структурообразовании

Рассмотрена экологическая роль почвенной структуры [Вильяме, 1948; Гедройц, 1955; Вершинин, 1958; Кульман, Климес-Чмик, 1961; Качинский,

1963; Ревут, 1972; Emerson, 1977; Березин, Шеин, 1985; Воронин, 1986] и механизмы ее образования [Менделеев, 1951; Ревут, 1972; Bleke, 1973; Fies, 1978; Макеева, 1988; Усьяров, 2001; Зубкова, Карпачевский, 2001, 2004]. Показано, что развитие и устойчивость почвенной структуры регулируется в большей степени содержанием органического вещества [Антипов-Каратаев, Келлерман, Хан, 1948; Кузнецова, 1966; Хан, 1969; Tisdall, Oades, 1982; Ганжара, Орлов, 1993; Корсунская, Пачепский, 1996; Шинкарев, Перепелкина, 1997; Милановский, Шеин, 1999, 2000, 2002 и др.] и его подвижных компонентов [Ганжара, 1988; Булыгин, Лисецкий, 1996; Масютенко, 2002; Пугачев, Полякова, 2004; Кураченко, 2010 и др.]. Для молодых почв техногенных комплексов вопросы структурообразования с участием гумусовых веществ являются не решенными.

Глава 2. Экологические условия почвообразования Назаровской лесостепи

Приводится анализ физико-географических условий Назаровской лесостепи по опубликованным- материалам [Куминова, 1950; Красильников и др., 1955; Лучицкий, 1961; Зятькова, 1977; Салюкова, 1979; Топтыгин и др., 2002 и др.]. Анализ научных трудов [Градобоев, 1954; Трофимов, 1978; Бугаков, 1981; Чупрова, 1981; Танделов, 1997; Шугалей, 1991,1996,1997, 1998] дает представление об особенностях почвообразования на техногенных ландшафтах Назаровской котловины и территориях, не нарушенных добычей угля.

Глава 3. Объекты и методы исследований

Объектами исследований явились почвы, созданные на отвалах вскрышных пород Назаровского угольного разреза различными направлениями и способами рекультивации. Почвы техногенных ландшафтов являются идеальными объектами для определения скорости и направления отдельных стадий и элементарных почвообразовательных процессов. Для таких почв всегда хорошо известен «нуль-момен» - начало их формирования [Таргульян, Соколов, 1978]. На наш взгляд, эти почвы также весьма удобны для решения теоретических проблем процесса структурообразования. В исследованиях применен субстантивный подход, отражающий состав и структурную организацию почв [Соколов, 2004]. Изучение почв велось на примере Восточного, Сереженского и Бестранспортного отвалов. Объекты располагались на участках, прошедших лесорастительную и сельскохозяйственную рекультивацию. Образование Восточного и Сереженского гидроотвалов происходило путем смыва водой вскрышных пород и переносом пульпы по трубам в пониженные места. Бестранспортный отвал представляет собой плакорную возвышенность в окружении системы грядообразных и конусных холмов и увалов из вскрышных пород.

Восточный гидроотвал формировался в 1949-1955 гг. и был оставлен под естественное зарастание. В 1971 году здесь были высажены культуры сосны обыкновенной. Сереженский гидроотвал формировался с 1968 по 1981 год. На

данном отвале проведена сельскохозяйственная рекультивация, заключающаяся в покрытии спланированных отвалов вскрышных пород гумусовым горизонтом, снятым и складированным перед началом карьерной разработки угольных разрезов. Бестранспортный отвал находится в стадии формирования с 1978 года. Культуры сосны были созданы в 1985 году. Выровненные участки, не покрытые лесными насаждениями, подвергались самозарастанию и в настоящее время используются под пастбище. В качестве зональных почв нами рассмотрены старопахотная серая трансформированная почва (серая лесная), занятая в настоящее время культурами сосны, а также агрочерноземы глинисто-иллювиальные (чернозем оподзоленный и выщелоченный).

На участках исследуемых территорий закладывались ключевые почвенные разрезы на глубину 150-180 см [Гаврилкж, 1981]. Проведено детальное описание профилей почв по морфологическим признакам. Отбор почвенных образцов для определения гранулометрического, микроагрегатного, структурно-агрегатного состава, а так же содержания гумусовых веществ, проводился до глубины 70 см методом колонки в каждом 10-сантиметровом слое почвы. Гранулометрический и микроагрегатный состав определялся пипет-методом по Н.А. Качинскому (1965); структурный состав - по методу Н.И. Саввинова в 3-кратной повторности, водопрочность структурных отдельностей определяли на приборе И.М. Бакшеева в 6-кратной повторности [Методическое руководство..., 1969].

В почвах, а также в выделенных водопрочных (>0,25 мм) и нестойких в воде агрегатах (<0,25 мм), определяли следующие компоненты гумусовых веществ: гумус по И.В. Тюрину (CWCa) [Аринушкина, 1970]; подвижный гумус (СПов), состоящий из водорастворимого гумуса (Сн2о), - методом бихроматной окисляемости по И.В. Тюрину [Аринушкина, 1970] и гидролизуемого щелочью (CNaOH и в его составе Спс и Сфк), по И.В. Тюрину в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1980). Результаты аналитических определений обработаны статистическими методами [Доспехов, 1985; Дмитриев, 1995] с использованием программы Microsoft Excel.

Глава 4. Морфологические особенности рекультивированных и зональных почв

Почвы отвалов Назаровского угольного разреза, прошедшие лесную рекультивацию, относятся к стволу постлитогенных. Профили их находятся на начальных стадиях формирования (эмбриоземы). Почвы, сформированные технологическими приемами сельскохозяйственной рекультивации и находящиеся в пастбищном использовании, имеют иное классификационное название - техноземы [Чупрова, Шугалей, 2007].

Строение почвенного профиля Восточного гидроотвала определяется сочетанием факторов почвообразования, в той или иной мере преобразованных посредством техно- и биогенеза. Почва характеризуется наличием хорошо сформировавшейся лесной подстилки. Аккумулятивный горизонт (АУ 5-12 см)

слабо прокрашен гумусовыми веществами. Гумусовый горизонт находится прямо на почвообразующей породе, которая в свою очередь очень не однородна по морфологическим признакам.

Профиль технозема Сереженского гидроотвала имеет хорошо выраженный гумусово-аккумулятивный горизонт (АИ 3-30 см) с признаками оглеения и щебнистости. Технология формирования отвала объясняет оглеенность всего профиля технозема. Горизонты С характеризуются сильной степенью дифференциации. Они неоднородны по морфологическим признакам и значительно уплотнены.

Эмбриозем Бестранспортного отвала под культурами сосны имеет маломощный гумусово-аккумулятивный горизонт (АУ 5-12 см), который в незначительной степени прокрашен гумусом. Горизонты С в своем составе имеют крупные пятна мелкозема, предающего всей толще очень пеструю окраску, от черной за счет включений угля до коричнево-желтой и палево-сизой, за счет восстановленных и окисленных соединений железа.

Техноземная почва Бестранспортного отвала, созданная в результате биологической рекультивации, имеет хорошо сформированный гумусово-аккумулятивный горизонт мощностью 80 см. Для гумусового горизонта рекультивированных сельскохозяйственных земель свойственны темно-серая неоднородная окраска, а также значительные включения породы и угля.

Таким образом, по морфологическим признакам строение молодых техногенных почв существенно различается. Отличия, главным образом, отражаются в выраженности органогенных и органо-минеральных горизонтов. Общим морфологическим признаком горизонтов С на отвалах является наличие в них крупнозема из плотных обломочных пород, а также плиток и пластинок аргиллита, алевролита и бурого угля. Гумусово-аккумулятивные горизонты этих почв лежат непосредственно на почвообразующих породах.

Профили серой почвы и агрочерноземов имеют типичные свойства и признаки, в полной мере отвечающие зональным почвам Назаровской котловины.

Глава 5. Структурная организация почв 5.1. Гранулометрический состав

Почва, как и любой объект, характеризуется несколькими уровнями структурной организации. На самых низких уровнях такими элементами являются элементарные почвенные частицы (ЭПЧ), соотношение которых в почве определяет её гранулометрический состав.

Гранулометрический состав почв техногенных ландшафтов Назаровской котловины разнообразный, что определяется способом их формирования и характером вскрышных пород (рис.1). Почва, сформированная на Восточном гидроотвале, диагностируется по гранулометрическому составу как легкосуглинистая иловато-мелкопесчаная. Технозем Сереженского гидроотвала имеет легкоглинистый иловато-пылеватый гранулометрический состав. Почвы

Бестранспортного отвала в культурах сосны и на пастбище близки по гранулометрическому составу и характеризуются как среднесуглинистые пылевато-мелкопесчаные.

Зональные серые почвы региона характеризуются тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, агрочерноземы - легкоглинистым. Внутрипрофильное распределение основных гранулометрических фракций соответствует их генетическим особенностям.

5.2. Микроагрегатиый состав

Почвы техногенных ландшафтов и зональные почвы имеют различное соотношение и распределение фракций микроагрегатов в профиле и характеризуются неодинаковой устойчивостью агрегирующих связей микроструктуры (рис.1). Установлено, что эмбриозем Восточного гидроотвала характеризуется неудовлетворительной способностью к агрегированию. Почва отличается невысоким содержанием истинных микроагрегатов (26-19%) и низким коэффициентом агрегированности (23-31%). Микроагрегированность почвы, созданной на Сереженском гидроотвале, выражена хорошо. Она в полной мере соответствует уровню черноземов естественного сложения. Подтверждением этому является высокое содержание истинных микроагрегатов (43-56%) и высокий коэффициент агрегатности (80-87%). Уровень микроагрегированности почв Бестранспортного отвала соответствует почве Восточного гидроотвала. Агрегирующая способность здесь выражена слабо. Коэффициент дисперсности под посадками сосны равен 16-20%. На пастбище способность к образованию устойчивых микроагрегатов снижена более чем в два раза (16-45%).

Тяжелосуглинистый и легкоглинистый гранулометрический состав зональных почв определяет их высокий уровень микроструктурной организации твердой фазы, что подтверждается низкими коэффициентами дисперсности и высокими значениями содержания истинных микроагрегатов и коэффициента агрегированности.

5.3. Структурно-агрегатный состав

Анализ сравнения содержания агрономически ценных фракций (АЦФ) и водоустойчивых агрегатов (ВА) свидетельствует, что структурно-агрегатный состав техногенных почв различен (табл.). Технозем, сформированный на Сереженском гидроотвале, отлично оструктурен по содержанию структурных агрегатов ценного размера и их водоустойчивости. Структурные отдельности морфологически хорошо выражены и сопоставимы с таковыми в зональных почвах. Структурное состояние эмбриозема на Восточном гидроотвале хорошо выражено в слое 0-20 см и снижается до удовлетворительного в слое 20-40 см. Водопрочность структурных агрегатов здесь соответствует неудовлетворительному состоянию. Почвы Бестранспортного отвала обладают отлично и хорошо выраженной структурой.

II

1 ■ ■' 1

1 п л

1 1 1 я

1 / В

1 ■

1 ■

1 1 !

Б

ШЗ 1,-0,25 мм

0,05-0,01мм

10,25-0,05 мм [ 10,01-0,005 мм

10,005-0,001 мм <0.001 мм

Рис. 1. Гранулометрический (I) и микроагрегатный (II) состав почв Восточного (А) и Сереженского (Б) гидроотвалов. Бестранспортного отвала в культурах сосны (В) и на пастбище (Г), серой трансформированной почвы (Д), агрочернозема глинисто-иллювиального элювиированного (Ж), агрочернозема глинисто-иллювиального типичного (3), %

Специфика структурно-агрегатного состояния зональных почв полностью сопоставима с их морфологическим обликом. Почвы хорошо оструктурены, водопрочность структурных отдельностей имеет отличные и хорошие показатели.

Структурно-агрегатный состав почв, %

Пробная площадь АЦФ ВА

0-20 см 20-40 см 0-40 см 0-20 см 20-40 см 0-40 см

Восточный гидроотвал, сосна 64,2 46,1 55,2 69,2 28,3 48,8

Сереженский гидроотвал, пастбище 86,1 83,7 84,9 90,1 88,4 89,3

Бестранспортный отвал, сосна 82,8 72,3 77,6 74,5 64,8 69,7

Бестранспортный отвал, пастбище 66,3 76,9 71,6 65,7 62,3 64,0

НСРо! 7,8 8,3 - 8,5 4,5 -

Серая трансформированная 76,2 50,9 63,3 76,9 68,7 72,8

Агрочернозем глинисто-иллювиальный элювшрованный 55,6 66,8 61,2 69,0 68,0 68,5

Агрочернозем глинисто-иллювиальный типичный 55,0 71,0 63,0 79,9 86,6 83,2

НСР05 17,0 15,8 - 13,1 16,6 -

При ранжировании средних величин содержания агрономически ценных фракций и водопрочных агрегатов в (МО-см слое установлен следующий ряд техногенных почв Назаровской котловины: технозем Сереженского гидроотвала (85-89%) > эмбриозем Бестранспортного отвала в культурах сосны (78-70%) > технозем Бестранспортного отвала на пастбище (72-64%) > эмбриозем Восточного гидроотвала (55-49%).

Анализируя структурную организацию техногенных и зональных почв Назаровской котловины, следует отметить взаимосвязь её иерархических уровней. В наибольшей степени она проявляется на уровне «элементарные почвенные частицы - микроагрегированность» (рис. 2).

Установлено, что гранулометрический состав почв Назаровской котловины на 98% определяет уровень их микроатрегированности. Агрегатный уровень структурной организации, выражающийся содержанием агрономически ценных и водоустойчивых отдельностей, достоверно не сопряжен с уровнем ЭПЧ и микроагрегатов (г = -0,19-0,60).

ю

г I

..................у............; Ц-& к -".....

« а ■ У i'MUSi -tl« \ я P'ian й Я»« «Я»

0 И к к и Ч 2 в в Ю 10 а в а к ко •шт.*

А Б В

Рис. 2. Зависимость между гранулометрическим составом и коэффициентом агрегирования (А), содержанием агрономически ценных фракций (Б), водоустойчивых агрегатов (В)

Глава 6. Структурообразующая роль гумусовых веществ в почвах техногенных ландшафтов и ненарушенных экосистем

6.1. Содержание и структура гумусовых веществ

Формирование системы гумусовых веществ почв техногенных ландшафтов обусловлено технологией, видом рекультивации и влиянием окружающих естественных ландшафтов. В целом гумусное состояние эмбриоземов и техноземов оценивается от очень низкого до очень высокого уровня, который в свою очередь обусловлен наличием в профиле значительного количества угольной пыли.

Как правило, чем больше в почве гумуса, тем выше содержание его подвижных соединений. Такая зависимость хорошо иллюстрируется в почвах отвалов. Эмбриозем Восточного гидроотвала отличается небольшой концентрацией Снго. Максимальное содержание щелочегидролизуемых соединений (329 мгС/100 г) приходится на поверхностный 0-10-см слой. Для технозема Сереженского гидроотвала, характерна существенная аккумуляция подвижных соединений в 0-70-см толще. В техноземе Бестранспортного отвала содержание CNa0H достигает 5957 мгС/100 г. Установлено, что в 0-40-см слое технозема на пастбище увеличение концентрации Сн2о сопровождается снижением соединений, гидролизуемых щелочью. Это обусловлено компенсацией водорастворимого гумуса за счет растительных остатков. Техноземы и эмбриоземы Бестранспортного отвала отличаются одинаковой концентрацией Сн2о (55-24 мгС/100 г) и общим характером распределения в профиле. Эмбриозем Бестранспортного отвала, характеризуется меньшим содержанием щелочегидролизуемого гумуса (4376-1428 мгС/100 г).

Гумусовый профиль зональных почв Назаровской котловины имеет свои особенности. Распределение гумусовых веществ в серой почве характеризуется очень низкой их концентрацией (880-300 мгС/100 г). Максимальное содержание водорастворимых соединений гумуса приходится на верхний 0-20-см слой почвы (30-20 мгС/100 г). Профиль агрочернозема глинисто-

L

иллювиального элювиального указывает на значительную аккумуляцию углерода гумуса в 0-70-см слое (6360-5450 мгС/100 г), В пахотном горизонте отмечено уменьшение содержания Сгумуса на 514 мгС/100 г по сравнению с нижележащим слоем 20-40 см. В агрочерноземе глинисто-иллювиальном типичном основные запасы гумуса сосредоточены в 0-30-см слое (5033— 2633 мгС/100 г). Им свойственно более резкое снижение содержания гумуса вниз по профилю. Количественные оценки содержания водорастворимых соединений и характер их распределения в агрочерноземах Назаровской котловины близки между собой. В верхнем 0-20-см слое гумусовых горизонтов отмечено максимальное содержание Снго. Исследованиями установлено, что функционирование черноземов в условиях агроценозов сопровождается ухудшением качества их подвижного гумуса.

Выполненные исследования позволяют количественно оценить запасы углерода в компонентах гумуса рекультивированных и зональных почв (рис. 3). Выборки значений по запасам углерода представлены для 0-40-см слоя.

Г Д Е

Ж

Рис. 3. Структура гумусовых веществ в змбриоземе Восточного гидроотвала (А), техноземе Сереженского гидроотвала (Б), эмбриоземе Бестранспортного отвала (В - сосна), техноземе Бестранспортного отвала (Г - пастбище), серой

трансформированной почве (Д), агрочерноземе глинисто-иллювиальном злювиированном (Е). агрочерноземе глинисто-иллювиальном типичном (Ж)

Результаты показывают, что в гумусе исследуемых почв преобладают соединения, составляющие фонд стабильного гумуса (59-79%). Исключение составляет эмбриозем Бестранспортного отвала, где доля стабильного гумуса снижена до 42%. Большая часть углерода здесь представлена подвижными

12

продуктами гумуса (58%). В зональных почвах доля подвижного гумуса составляет: 41% в серой почве и 29-32% в агрочерноземах. Это объясняется более высокой степенью гумификации органического вещества в черноземах. В составе подвижного органического вещества доминируют молодые гумусовые кислоты, извлекаемые щелочью. На водорастворимые соединения в исследуемых почвах приходится 1-3%.

В целом запасы гумуса в 0-40-см толще рекультивированных почв оцениваются на близком уровне с серыми почвами и агрочерноземами. Это позволяет заключить, что за период формирования отвалов и произрастания культур сосны и травянистых сообществ на искусственных почвообразующих породах произошло значительное накопление углерода в почвенном блоке.

6.2. Содержание гумусовых веществ в водопрочных и нестойких агрегатах почв

Уникальное природное образование, придающее почве специфическую форму структурной иерархической организации и лежащее в основе всех почвенных функции (почвенный агрегат), имеет пространственную организацию, где главную роль «клеящих веществ» осуществляют гумусовые вещества. На наш взгляд, важным представляется поиск особенностей состава гумусовых веществ агрегатов, определяющих качество структуры.

Исследованиями установлено, что водопрочность структуры почв техногенных ландшафтов и не нарушенных добычей угля территорий Назаровской котловины обусловлена подвижными компонентами гумуса. В эмбриоземе Восточного гидроотвала водопрочность структуры определяется водо-, щелочегидролизуемыми соединениями и фульвокислотной фракцией С^он- Процесс формирования водоустойчивых агрегатов почвы Сереженского гидроотвала обусловлен водорастворимым гумусом и гуминозыми кислотами подвижного органического вещества. Для почв Бестранспортных отвалов, отличающихся высокой концентрацией гумусовых веществ, выявлено участие всех компонентов подвижного органического вещества в формировании водопрочных агрегатов. В зональных серых почвах отмечается участие Сфк в склеивании почвенных частиц в агрегаты. Для агрочерноземов установлена роль щелочегидролизуемых соединений и фульвокислот в их составе в процессах формирования водоустойчивости почвенного комка. Таким образом, гумусовые вещества эмбриоземов и техноземов отвалов способны формировать и определять устойчивое функционирование почвенной структуры. Проявляющаяся равнозначная аккумуляция углерода в составе неустойчивых и водопрочных агрегатов может служить показателем равновесного состояния гумусовых веществ рекультивированных и зональных почв Назаровской котловины.

6.3. Участие гумусовых веществ в формировании микро-и макроструктурного состава почв

Процессы формирования и стабилизации агрегатов на различных подуровнях осуществляются разными органическими компонентами. Данное явление находит свое отражение в существовании иерархии почвенной структуры.

Исследованиями • установлено, что формирование агрегатного уровня структурной организации зональных почв и почв техногенных ландшафтов определяется гумусовыми веществами. Однако их роль в стабилизации подуровней проявляется неоднозначно. В полученных нами уравнениях регрессии представлены стандартизированные коэффициенты регрессии, показывающие степень и направленность влияния компонентов гумусовых веществ на содержание микроагрегатов, агрегатов агрономически ценного размера и водоустойчивых отдельностей. В стандартизированном масштабе уравнение регрессии для 0-40-см слоя изученных почв имеет следующий вид:

ИМ = 0,260 (Сгумуса) + 0,270 (Сн2о) + 500,60 (Сыюн) - 237,92(Сгк) -- 272,11 (Сфк) при Я = 0,99; К2 = 0,98; р = 0,232;

АЦФ* = -1,27(Сгумуса) + 3,13 (Сн2о) - 2986,03 (С,,ъон) + 1401,75(Сгк) + + 1603,59 (Сфк) при Я = 0,99; Я2 = 0,99; р = 0,002;

ВА = - 0,760(Сгумуса) + 1,56 (Сн2о) - 3459,38 (СНа0Н) + 1604,76(Сгк) + + 1874,58 (Сфк) при Я = 0,93; Я2 = 0,87; р = 0,568, где ИМ - содержание истинных микроагрегатов, %;

АЦФ - содержание агрегатов агрономически ценного размера, %;

ВА - содержание водопрочных агрегатов, %;

Я - коэффициент множественной регрессии;

И2 - коэффициент множественной детерминации;

р - уровень значимости уравнения регрессии;

* - достоверный уровень значимости уравнения регрессии.

Уравнение регрессии показывает, что содержание агрегатов агрономически ценного размера с большой долей вероятности (р = 0,002) определяется гумусовыми веществами. Их вклад в формирование АЦФ оценивается на уровне 99%. Существенную роль в структурообразование вносят щелочегидролизуемые соединения гумуса, в т.ч. гуминовые и фульвокислоты в их составе. Наличие связей между гумусовыми веществами, содержанием микроагрегатов и водоустойчивых фракций также подтверждается высоким коэффициентом множественной регрессии (Я = 0,990,93). Однако вероятность таких связей в полученной модели оценивается на уровне 23-57%. Содержание истинных микроагрегатов и водоустойчивых фракций в большей степени сопряжено с подвижными гумусовыми веществами, обуславливающими агрегацию почвенных частиц. Таким образом, формирование агрегатного уровня структурной организации молодых почв техногенных ландшафтов, зональных серых почв и агрочерноземов обусловлено подвижными формами гумусовых веществ.

Выводы

1. Почвы техногенных ландшафтов Назаровской котловины, сформированные различными способами рекультивации, обладают легко-, среднесуглинистым и легкоглинистым гранулометрическим составом. В зональных почвах соотношение элементарных почвенных частиц определяет тяжелосуглинистый и легкоглинистый состав.

2. По содержанию истинных микроагрегатов, коэффициенту дисперсности и агрегированности техногенные почвы характеризуются от слабой до высокой микроагрегированности. Зональные серые почвы и агрочерноземы имеют высокий уровень микроструктурной организации твердой фазы.

3. Почвы отвалов, имея оструктуренность от отличной до удовлетворительной, распределяются по содержанию агрономически ценных и водоустойчивых агрегатов в следующий ряд: технозем Сереженского гидроотвала (85-89%) > эмбриозем Бестранспортного отвала в культурах сосны (78-80%) > технозем Бестранспортного отвала на пастбище (72-64%) > эмбриозем Восточного гидроотвала (55^49%).

4. Серые почвы и агрочерноземы в пределах 0-40 см толщи имеют близкие количественные оценки содержания агрономически ценных фракций (61-63%). По уровню агрегированности почвы ранжируются так: агрочернозем глинисто-иллювиальный типичный (83%) > серая трансформированная (73%) > агрочернозем глинисто-иллювиальный элювиированный (69%).

5. Взаимосвязь иерархических уровней структурной организации почв в наибольшей степени проявляется на уровне «элементарные почвенные частицы - микроагрегированность» (г = 0,99).

6. Рекультивированные и зональные почвы Назаровской котловины характеризуются преобладанием стабильных соединений в гумусе (59-79%). Исключение составляет эмбриозем Бестранспортного отвала в культурах сосны, где доля стабильного гумуса снижена до 42%. Подвижные гумусовые вещества в минеральной толще почв техногенных ландшафтов составляют 21-58%, в зональных серых почвах и агрочерноземах - 41-29%.

7. По запасам гумуса и его подвижных компонентов почвы техногенных ландшафтов в 0-40-см слое распределяются в следующий убывающий ряд: технозем Бестранспортного отвала (849,9-272,7 тС/га) > эмбриозем Бестранспортного отвала (297,3-172,9 тС/га) > технозем Сереженского гидроотвала (130,6-36,8 тС/га) > эмбриозем Восточного гидроотвала (29,76,4 тС/га). В зональных почвах запасы Сгумуса и Спов постепенно уменьшаются в ряду: агрочернозем глинисто-иллювиальный элювиированный (207,1-65,4 тС/га) > агрочернозем глинисто-иллювиальный типичный (138,244,1 тС/га) > серая трансформированная почва (28,2-11,5 тС/га).

8. Состав и содержание гумусовых веществ в водопрочных и нестойких агрегатах почв отвалов определяется технологией, видом рекультивации и влиянием окружающих ландшафтов; в зональных почвах - типовыми,

подтиповыми особенностями и характером их использования. Установлено, что водопрочность структуры исследуемых почв обусловлена подвижными компонентами гумуса.

9. Формирование агрегатного уровня структурной организации почв техногенных ландшафтов, зональных серых почв и агрочерноземов определяется водо- и щелочегидролизуемыми соединениями гумуса. С наибольшей долей вероятности (р = 0,002) они определяют образование агрегатов агрономически ценного размера (Я = 0,99) почв Назаровской котловины.

Практические рекомендации

Материалы диссертации по оценке уровней структурной организации и запасам гумусовых веществ почв, сформированных на отвалах, являются базой данных для мониторинговых исследований и рекомендуются для отделов рекультивации угольных разрезов Красноярского края, Управления Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Красноярскому краю, учебных заведениях биологического и сельскохозяйственного профиля.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Бабаев М.В. Участие водорастворимого органического вещества в образовании структуры инициальных и зональных почв Назаровской котловины // Современные тенденции развития АПК в России. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2007. - С. 12-17.

2. Кураченко Н.Л., Бабаев М.В, Особенности структурного состояния серых лесных почв юга Средней Сибири //Аграрная наука - сельскому хозяйству. -Барнаул: АГАУ, 2009. - Кн. 2. - С. 402-403.

3. Бабаев М.В. Особенности структурно-агрегатного состояния почв техногенных ландшафтов Назаровской котловины // Экологические альтернативы в сельском и лесном хозяйстве. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2011.-С. 21-29.

4. Бабаев М.В., Кураченко Н.Л. Микроструктурная организация почв техногенных ландшафтов Назаровской котловины //Вестник КрасГАУ. -2011.-№7. - С. 66-72.

5. Бабаев М.В. Структурная организация почв техногенных ландшафтов и ненарушенных территорий Назаровской котловины //Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем. - Иркутск, 2011. - С. 204.

6. Бабаев М.В. Содержание и структура гумусовых веществ в почвах техногенных ландшафтов Назаровской котловины //Инновационные тенденции развития современной науки. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2011. - С. 12-15.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г. Подписано в печать 8.02.2012. Формат 60x84/16. Бумага тип. X» 1 Печать-ризограф. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ№ 1605 Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 117

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бабаев, Максим Викторович, Красноярск

61 12-3/838

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ ФГБОУ ВПО «КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На пра^х рукописи

Бабаев Максим Викторович

ГУМУСОВЫЕ ВЕЩЕСТВА В ФОРМИРОВАНИИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НАЗАРОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ

Специальность 03.02.13 - Почвоведение

диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д.б.н., доцент Н.Л. Кураченко

Красноярск 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................3

ГЛАВА 1. Современные представления о структурообразовании...............6

1.1. Экологическая роль почвенной структуры и механизмы

её образования...................................................................6

1.2. Органическое вещество в формировании

почвенной структуры...........................................................20

ГЛАВА 2. Экологические условия почвообразования Назаровской

лесостепи........................................................................28

ГЛАВА 3. Объекты и методы исследований.......................................39

ГЛАВА 4. Морфологические особенности рекультивированных

и зональных почв..................................................................42

ГЛАВА 5. Структурная организация почв..........................................55

5.1. Гранулометрический состав.............................................55

5.2. Микроагрегатный состав.................................................62

5.3. Структурно-агрегатный состав..........................................69

ГЛАВА 6. Структурообразующая роль гумусовых веществ в почвах

техногенных ландшафтов и ненарушенных экосистем..................82

6.1. Содержание и структура гумусовых веществ........................82

6.2. Содержание гумусовых веществ в водопрочных и

нестойких агрегатах почв......................................................97

6.3. Участие гумусовых веществ в формировании

микро- и макроструктурного состава почв................................112

ВЫВОДЫ..................................................................................114

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.............................................116

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................117

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................136

Введение

Актуальность темы. Рост добычи ископаемых углей путем использования наиболее эффективного открытого способа разработки ведет к крупным потерям в земельном фонде страны вследствие нарушения почв, пригодных для использования в сельском и лесном хозяйстве. Эти преобразования приводят к появлению техногенных ландшафтов с набором местообитаний, свойства и режимы которых чаще всего лишь отдаленно напоминают аналогичные характеристики естественных экосистем [Курачев и др., 2002]. В настоящее время отвалы Назаровского угольного разреза занимают большие площади. Специфика почвенного покрова на них определяется как естественными факторами почвообразования, так и особенностями техногенеза [Чупрова, Шугалей, 2007].

Изучение особенностей почвообразования в техногенных ландшафтах является актуальным вопросом, так как без восстановления основных почвенно-экологических функций техногенные ландшафты очень длительное время будут негативно влиять на экологическую обстановку в регионе. Исследования структурной организации почв, её формирования с участием гумусовых веществ позволяет оценить степень устойчивости функционирования почв техногенных ландшафтов.

Цель исследований. Изучить роль гумусовых веществ в формировании агрегатного уровня структурной организации почв техногенных ландшафтов, созданных в результате лесной и сельскохозяйственной рекультивации, а также зональных почв Назаровской котловины.

Задачи исследований:

1. Оценить основные уровни структурной организации почв.

2. Установить состав и содержание гумусовых веществ в почвах, их водопрочных и нестойких агрегатах.

3. Определить участие гумуса и его подвижных компонентов в процессах агрегирования почв.

Научная новизна. Получены новые материалы по оценке основных уровней структурной организации техноземов и эмбриоземов, созданных на отвалах угольных разрезов Назаровской котловины. Показано, что различия в гранулометрическом составе почв техногенных ландшафтов и зональных агрочерноземов и серых почв определяют их неодинаковую потенциальную способность к оструктуриванию. Установлено, что взаимосвязь иерархических уровней структурной организации почв в наибольшей степени проявляется на уровне «элементарные почвенные частицы -микроагрегированность». Выявлены особенности состава и содержания гумусовых веществ почв, в т.ч. водопрочных и нестойких агрегатов. Установлено, что компонентами, определяющими стабильность агрегатного уровня исследуемых почв, являются водорастворимые и щелочегидролизуемые соединения подвижного гумуса.

Защищаемые положения:

1. Агрегатный уровень структурной организации техноземов и эмбриоземов глинистого и среднесуглинистого гранулометрического состава соответствует зональным почвам почвам.

2. Почвы, образованные сельскохозяйственной и лесной рекультивацией близки по содержанию и запасам гумуса к агрочерноземам и серым почвам Назаровской котловины.

3. Формирование агрегатного уровня структурной организации почв техногенных ландшафтов определяется водорастворимыми и щелочегидролизуемыми соединениями подвижного гумуса.

Практическая значимость. Полученные материалы являются основой для разработки научно обоснованных технологий рекультивации, направленных на развитие почвообразовательных процессов. Они могут быть использованы для оценки темпов воспроизводства плодородия почв, сформированных на отвалах, и являются базой для ведения мониторинга.

Апробация работы. Автором опубликовано 12 работ, в том числе по теме диссертации - 6, из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, - 1.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на IV Международной научно-практической конференции «Инновационные тенденции развития Российской науки» (Красноярск, 2011); III Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2011); Региональной научно-практической конференции «Рациональное биологическое природопользование в Сибири: проблемы и перспективы» (Красноярск, 2011); IV Международной научно-практической конференции «Аграрная наука сельскому хозяйству» (Барнаул, 2009); научных семинарах кафедры почвоведения и агрохимии КрасГАУ (2005-2008); слете участников системы непрерывного образования КрасГАУ (Красноярск, 2008); на заседании краевого отделения общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Красноярск, 2011).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах, включает 6 таблиц, 26 рисунков, 17 приложений. Состоит из 6 глав, выводов, списка литературы, который представлен 209 источниками, из них 30 иностранных.

Личный вклад автора заключается в выполнении полевых и лабораторных исследований, обработке и анализе полученных результатов, подготовке научных публикаций и докладов.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору биологических наук, доценту Н.Л. Кураченко за ценные советы, доктору биологических наук, профессору В.В. Чупровой, доктору биологических наук, профессору Л.С. Шугалей за помощь в проведении полевых исследований, а также сотрудникам кафедры почвоведения и агрохимии КрасГАУ за поддержку на всех этапах выполнения работы.

Глава 1. Современные представления о структурообразовании 1.1. Экологическая роль почвенной структуры и механизмы

её образования

Почвенная структура - это термин, описывающий главные физические характеристики почвенного профиля. Структура почвы существенно влияет на физические свойства - строение, плотность, водный, воздушный и тепловой режимы, которые в свою очередь оказывают воздействие на протекающие в почве микробиологические, физико-химические и другие процессы, в конечном итоге обеспечивающие оптимальные условия для роста и развития растений.

Определение структуры почвы в настоящее время носит некоторую не однозначность. По мнению К.К. Гедройца [1955], структурность - это способность почвенной массы распадаться на комки и агрегаты различной величины, которые представляют собой комплексы механических элементов склеенных между собой с большей или меньшей прочностью. В. Р. Вильяме [1948] представляет структурный комок почв как простые уплотненные и прочно склеенные перегноем отдельности почвенной массы. Ряд исследователей [Вершинин, 1958; Кульман, Климес-Чмик, 1961; Emerson, 1977; Березин, Шеин, 1985; Воронин, 1986] определяют структуру как пространственную организацию твердого вещества почвы, обусловленную взаимодействием твердой, жидкой и газообразной фаз почвы. Термин «структура почвы» используется и по-иному - он охватывает почвенные свойства, связанные с распределением пор по размерам [Russell, 1971].

Следует отличать понятия о структуре почвы как характерном морфологическом ее признаке от понятия структуры почвы в агрономическом смысле [Low, 1973; Emerson, 1977; Воронин, 1986]. Как морфологический признак определенного типа почв любая структура может быть признана характерной и хорошо выраженной, будь то структура зернисто-комковатая, ореховатая, столбчатая и т. д. В агрономическом понимании положительной является только такая структура, которая

обеспечивает плодородие почвы. По мнению H.A. Качинского [1963], оптимальные условия водного, воздушного и питательного режимов создаются в почвах с зернистой и мелкокомковатой структурой.

Первые представления о почвенной структуре возникли еще в глубокой древности. Упоминание о рыхлом строении почвы встречается еще у Гомера. Исследуя значение структуры в плодородии, H.A. Качинский [1963] отмечает работу выдающегося агронома конца 18 века И.М. Комова «О земледелии», изданную в 1789 году. В данном труде обстоятельно описываются почти все физические свойства почвы: водные, воздушные и тепловые, механический и структурный состав и зависимость почв от ее структуры. Значительно позже трудов И.М. Комова аналогичную с его учением постановку вопроса о значимости почвенной структуры приводят и другие исследователи [Thaer, 1806; Деви, 1832; Schumacher, 1864; Wollny, 1878; цит. по Качинский, 1963].

Однако наибольшее приближение к современному учению о структуре почвы как главнейшем факторе ее плодородия дается в трудах русских ученых В.В. Докучаева и П.А. Костычева. Автор классических работ о черноземе В.В. Докучаев не мог не заметить первенствующей роли структуры в плодородии почвы. Так, в 1899 году он указывает: «Наш чернозем - этот царь почв - отличается, как известно, замечательным богатством питательных веществ и сладкого гумуса. Как типичные подзолы обладают мучнистым, в сущности, очень плотным строением, так девственному чернозему свойственна всегда мелкозернистая, наивыгоднейшая в физическом отношении структура, легко позволяющая и воде и воздуху проникать вглубь грунта, подпочвы» [Докучаев, 1994, с. 208].

П.А. Костычев еще ближе подходит к современным научным концепциям о структуре почвы. Он различает в почве пассивную часть (песок и пыль) и активную, клеящую (гумус и глину). Также им даются описание двух возможных процессов образования структуры почвы: первый

- как вследствие взаимного осаждения коллоидов и второй - свертывание коллоидальной части почвы с помощью электролитов.

Исследования агрономического значения почвенной структуры были начаты с изучения влияния размеров агрегатов на физические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных растений. По мнению П.В. Вершинина [1958], большой вклад в изучение данного вопроса принесли труды В о льни (\Уо11пу). Именно он первый установил, что агрономически ценными являются агрегаты размером от 10 до 0,25 мм. В последующее время эти предположения были также подтверждены рядом исследователей [Вершинин, 1958; ЕсКуаге, Вгетпег, 1967; Ревут, 1972]. Однако работы А.Д. Воронина [1986] показали, что за исключением незначительного увеличения объема очень крупных пор физические свойства практически не меняются с изменением размера агрегатов крупнее 5 мм, а сами агрегаты характеризуются не значительной прочностью и слабой водоустойчивостью. Поэтому целесообразно принимать за агрономически ценные, агрегаты с размерами от 5 мм до 0,25 мм.

Отдельным почвенным типам свойственна своя характерная структура в зависимости от условий происхождения почвы и ее химического состава.

НА. Качинский [1965] обратил внимание на то, что при оценке размеров агрегатов не может быть каких-либо единых для всех почвенно-климатических зон размеров. Чем сырее зона, тем крупнее должны быть оптимальные размеры агрегатов, чтобы создать более крупные поры и обеспечить лучшую водо- и воздухопроницаемость, а для заболоченных территорий — и водоотдачу. Наоборот, в засушливых и сухих зонах, где надо сохранить влагу и где аэрация в избытке, оптимальные размеры агрегатов могут приближаться к размеру песчаных зерен. На черноземных почвах только агрегаты крупнее 2 мм могут служить эффективным защитным, противоэрозионным слоем. Менее эффективна роль агрегатов размером 2-1 мм и совсем незначительна у агрегатов менее 0,5 мм.

По мнению А.Д. Воронина [1984], бесструктурных почв нет. Почва, как и любой объект, характеризуется несколькими уровнями структурной организации, и отсутствие расчленения объекта на структурные элементы на одном из уровней организации еще не говорит об отсутствии структуры у почвы в целом. Почвенная структурная отдельность естественного происхождения - пед - представляет собой систему, характеризующуюся определенной внутренней микроструктурой и входящую в более крупную структурную единицу - генетический горизонт - в качестве его отдельного элемента.

А.Д. Воронин [1979] в иерархии структурных уровней организации почвы отделяет уровень элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) и агрегатный уровень. ЭПЧ - это обломки пород и минералов, а также аморфные соединения, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи и не поддаются общепринятым методам пептизации, применяемым при подготовке почв к гранулометрическому анализу. ЭПЧ представлены компонентами органической, неорганической и органоминеральной природы. Они образуются в результате физического, химического и биологического выветривания, а также как следствие взаимодействия продуктов выветривания. Основными характеристиками ЭПЧ являются величина и свойства их поверхностей. Размеры ЭПЧ условно принимают от 3 мм до 10"4-10"5мм.

Агрегаты образуются в результате взаимодействия ЭПЧ между собой в процессе почвообразования. По предложению К.К. Гедройца [1955] условно принято агрегаты диаметром < 0,25 мм называть микроагрегатами, а > 0,25 мм - макроагрегатами. ЭПЧ и микроагрегаты, взаимодействуя между собой, образуют макроагрегаты. Форма, размер и структура агрегатов тесно связаны с гранулометрическим и микроагрегатным составами и особенностями процесса почвообразования.

Размеры почвенных агрегатов только в том случае являются показателями того или иного физического режима в почве, когда агрегаты

водоустойчивы. Под водоустойчивостью почвенных агрегатов понимают их способность противостоять размывающему и деформирующему действию воды. Устойчивость агрегатов определяется равновесием сил, стабилизирующих агрегаты и разрушающих их [Bolt, Koenigs, 1972].

В настоящее время различают водопрочность агрегатов истинную, или безусловную, и ложную [Вершинин, 1958]. Почвенные агрегаты обладают истинной водопрочностью, если они в воздушно-сухом состоянии при быстром погружении в воду не теряют форму и не разрушаются до размеров меньше 0,25 мм. Ложные агрегаты этими свойствами не обладают.

Известно, что не всякая водопрочная структура агрономически полезна. На основании исследований, проведенных H.A. Качинским,

А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной [1950] было установлено, что водопрочность структуры имеет двоякую природу: 1) по типу неразмокаемости, в результате стойкого химического и физико-химического закрепления коллоидов (необратимая коагуляция коллоидов, по Гедройцу); 2) в силу отсутствия в комках активных пор или слабой их выраженности. В первом случае, органические коллоиды необратимо скоагулированы ионами Са+2 и Fe+3, структурные комки имеют пористость около 50%, причем часть пор и самих таких комках представлена порами аэрации. Подобная структура - ценнейшая структура: при наличии ее почва легко водопроницаема, а водопрочность комков и зерен в ней обусловлена необратимой коагуляцией почвенных коллоидов или химическим и биологическим закреплением агрегатов.

Есть другая водопрочность структуры, базирующаяся на отсутствии проницаемости агрегатов для свободной гравитационной воды. Это обусловлено плотной упаковкой в них почвенных частиц, низкой общей пористостью, слабой развитостью, а иногда и полным отсутствием активных пор. H.A. Качинский [1965] констатирует, что при временном избыточном увлажнении может прояв�