Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние естественных и агрогенных факторов на свойства дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы в условиях длительного полевого опыта

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Влияние естественных и агрогенных факторов на свойства дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы в условиях длительного полевого опыта"

ЫОСЮВСЮЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛВЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «меня Ы.В.ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

КОЗЛОВСКАЯ ИРИНА ФЕЛИКСОВНА

ВЛИЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АГРОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА СВОЙСТВА ДШОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ТЯШОСУГЛШИСГОЙ почвы В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ПОЛЕВОГО ОПЫТА

03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1991

Работа выполнена на кафедре хиыид почв факультета Почвоведения МГУ кн. 12.3 .Ломоносова

Научный руководитель - доктор биологических наук,

профессор Д.С.Орлов

Официальные оппоненты - доктор биологических наук,

профессор Л.О.Карпачевский

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Н.А.Тнтава

Ведущая организация - Московская сельскохозяйственная академия ш. К.А.Тииирязева

Защита состоится 1991 г. в 15 час. 30 юн.

в аул. 11-2 на заседании специализированного совета К 053.05.16 ИГУ та. £13.Ломоносова. .Адрес специализированного совета: 112899, Москва, ГСП, Ленгорн, ШТ, факультет Почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией ыохно' ¿знакомиться в библиотеке факультета

Почвоведения ИГУ

Автореферат разослан » 1991 р.

Ученый секретарь спедгализлрованного совета »сг.на^-ч.сотр. ^

Г.З.Ыотузова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Использование интенсивных сельскохозяйственных приемов (удобрений, пестицидов, мелиорацлй) приводит к изменению свойств дерново-подзолистой почвы, в том члслй ответственных за ее плодородие. Учет агрогенных воздействий, необходимый для оптимизации свойств почв, затруднен из-за характерной для этой подзоны неоднородности почвенного покрова, связанной с литологическими условиями, рельефом и другими природными факторами. В связи с этим необходима оценка влияния как агрогенных, так и естественных факторов на свойства и пути современной эволюции почв в различных условиях и, особенно, на высоком агрофоне. Использование в качестве объекта почвы длительного полевого опыта придает исследованию черты активного эксперимента. Это позволяет предвидеть возможные негативные последствия техногенных воздействий на агроландпафт.

Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение влияния средств химизации (органических и минеральных удобрений, гербицидов) на свойства дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при высоком агрофоне с учетом пространственной неод-, . породности свойств почв.

В задачи исследования входило:

1. Выявить изменение содержания гумуса в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве при длительном применении органических и минеральных удобрений в производственных дозах и гербицидов.

2. Установить влияние гербицидов, полного минерального удобрения (/УРЮ и навоза на фракционно-групповой состав гумуса к свойства гумусовьа веществ.

3. Оценить изменения химических и биохимических показателя дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы (рН^, проду-

I

цирования почвой СО^. содержание подвижных соединений азота -/Л*4> Л^Од) при длительном применении органических и минеральных удобрений как возможных факторов, обусловливающих гумусное состояние.

4. Выявить роль микрорельефа как фактора гетерогенизацки починного покрова в процессе длительного окультуривания.

Диссертационная.работа выполнена в соответствии с заданием 0I.0I.H4 темплана кафедры хииаи почв факультета почвоведения МГУ (# г.р. 01860136485).

Научная новизна работы. Показано, что на фоне интенсивном применения удобрений в гербицидов за 20-летний период на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой окультуренной почве сохраняется или даже углубляется гетерогенность почвенного покрова, свя- . з&нная с микрорельефом, несмотря на относительно слабую выраженность последнего. Для обеспечения достоверности оценок различий в пространстве и времени впервые использованы данные актив- ' ного эксперимента - длительного многофакторного полевого опыта.

Практическая значимость. Доказана необходимость детального обследования почвенного покрова и свойств почвы при закладке и проведении длительных полевых опытов. Предложены методические подходы, которые могут использоваться при агромониторинге. Показано, что при окультуривании дерново-подзолистой почвы необходимо предусматривать специальные меры по гомогенизации почвенного покрова.

Экспериментальный материал и на/чные выводи работы могут быть использованы в учебном процесс« в ВУЗах при изучении курсов "Почвоведение" и "Агрохимия".

Апробация работы. Результаты работы докладывались па Все-совзной школе-конференции молодых ученых "Экологические проблемы в земледелии и почвоведении" (Курск, январь 1991 г.), на за-

2

седаниях кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ.

Публикация результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано две научные работы.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на № страницах машинописного текста, состоит из введения,& глав, общих, выводов, приложений. Список литературы включает.¿¡^¿/наименований, из них ^¿Гиностранных. В основной части работы содержится таблиц и ^рисунков.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ'

В качестве объекта исследования был выбран один из опытов Центральной опытной станций ВИУА им. Д.Н.Прянишникова (пос. Ба-рыбино Московской области), в котором изучали эффективность удобрений и гербицидов при их совместном внесении в кормовом севообороте. Опыт заложен в 1966 году на 3 полях севооборота на территории "старой" части станции, где не менее, чем с 1930 года, применяются органические и минеральные удобрения. Он включает 10 вариантов в 4 повторностях (табл. I). Первые 3 ротации применяли следующее чередование культур: кукуруза - кукуруза - кукуруза -ячмень - картофель. В четвертой ротации на полях был развернут. 7-ми польный севооборот: кукуруза - кукуруза - кукуруза - вико-овсяная смесь с подсевом люцерны - люцерна I г.п. - люцерна.2 г. п. - ячмень. Удобрения вносили в фор« аммиачной селитры, суперфосфата и хлористого калия; навоз КРС полуперепревпий. Гербициды применяли в следующих нормах (в кг д.в./га): под кукурузу - ат-разин 1,5-2 отдельно или в смеси с аминной солью 2,4-Д 0,5 и лонгрелом 0,1; под картофель - линурон 1,5; под ячмень - базаг-ран 2 л/га; под люцерну - базагран 2 л/га или аминную соль 2,4-Д 1,5. Осенью перед началом 2,3 и 4 ротаций поля известковали 5 т/га извести.

о

Площадь посевной делянки 108 м .

СХЕМА ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И ГЕРБИЦИДОВ В K0RÍ0B01Í СЕВООБОРОТЕ

Таблица I

» ва-! риан-! Т* '

I.

РОТА

!

¥-

навоз 60 т/га + //405РЕ80М00 - фон I

2. фон I + ручные прополки под пропашными

3.. фон I + гербициды 4 раза за ротацию

4. фон I + гербициды 4 раза за ротацию

5. фон I + гербициды 4 раза за ротацию

6. фон I + гербициды 4 раза за ротацию

7. фон I + гербициды 4 раза за ротацию

8. фон I + гербициды 4 раза за ротацию

9. Л/405Р280К400 - фон 2

10. фон 2 + гербициды 4 раза за ротацию

навоз 60 т/га + /У405Р2801И00 - фон I

фон I + ручные прополки под пропашными

Гн I + гербициды раз,за ротацию

Гн I > гербициды раза за ротацию

Г и I + гербициды раза за ротацию

Гн I + гербициды раза за ротацию

Г и I + гербициды раз за ротацию

Гн I + гербициды раз за ротацию

ЛЛЮ5Р430К760 - фон 2

fH 2 + гербициды раза за ротацию

__

навоз 60 т/га + /у570РЗЗОК7сЮ - фон X

фон I + ручные прополки под пропашными

Гн I + гербициды раз за ротацию

Гн I гербициды раза за ротацию

Гн I + гербицида раза за ротацию

Гн I + гербициды раза за ротацию

фон I + гербициды аза за ротацию +

Т

I + гербицида ^за за ротацию +

Л/870Р480КН40 - фон

Гн 2 + гербициды раза за ротацию

навоз 60 т/га + /у 400Р4С5И070 - фон I

фон I + ручные прополки под пропашными

фон I + гербициды 6 раз за ротацию

Гн I + гербициды раза за ротацию

Гн I + гербициды раза за ротацию

Гн I +• гербициды рага за ротацию

н I + гербициды аза за ротацию + 30Р570/СЮ0

I + гербициды аза за ротацию +

2 /У700Р555К1430 - фон 2

фон 2 + гербициды 4 раза за ротацию

Обследование территории опытного участка проводили в соответствии с методическими указаниями "Составление и использование детальных почвенных карт" (1977).

Отбор почвенных проб проводили по окончании 4-ой ротации севооборота - осеньо, после уборки ячменя. На каждой делинке из 5 точек, привязанных к топоплану, отбирали индивидуальные почвенные пробы буром из пахотных горизонтов (0-20 см): в 1987 году - с 32 делянок опытного поля I (со всех вариантов, кроме 5 и 8); в 1988 и 1989 годах - со всех делянок полей 2 и 3.

Содержание Сорг определяли во всех пробах пахотных горизонтов ( ц* 560) сухим сжиганием на экспресс-анализаторе АН-7529. Легкоминерализуемый углерод (продуцирование COg почвой) - методом С.С.Исламова с соавторами (1989) в смешанных пробах почвы каждой делянки поля I на газовом хроматографе ЛХМ-80Д; образцы компостировали при t = 28°С и влажности 60/5 ПВ. Содержание общего азота в почве поля I (в 160 пробах) определяли на приборе, разработанном в лаборатории физических методов анализа ВИУА Л.Б. Асгвацатрянои , по энергии реакции окисления почвенного азота до A'Og. Содержание минеральных форм азота - в смешанных; пробах цо-чвы каждой делянки поля I на анализаторе " Skaiar".

Значения 1%,,0 и P^KCI измеряли с помощью рН-метра-милли- • вольтметра рН-121.

Фракционно-групповой состав гумуса определяли методом Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой (1968), оптическую плотность растворов гумусовых кислот - на спектрофотометре СФ-18.

Гранулометрический состав почв определяли в 23 точках методом Качинского.

Модельный опыт по взаимодействию почвы и солей, входящих в состав удобрений, проводили с двумя почвенными обр.-гзцями. В почву вносили KCl или /VH4/VO3 в количествах, якпиваяентннх дозам

5

500 кг/га на 3 фонах: контрольном, на фоне добавления серной кислоты до суспензии 4 и на фоне добавления СаСОд до насыщения ППК кальцием (всего 9 вариантов). В течение двух месяцев образцы выдерживали в пастообразном состоянии (соотношение почва-раствор 2:1).

Анализ результатов эксперимента проводили с использованием методов математической статистики.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I.- Характеристика рельефа и почвенного покрова. Опытный участок площадью 1,7 га расположен на пологой террасе р.Северн*. Детальная геодезическая съемка участка в масштабе 1:500 позволила выделить основные формы микрорельефа в его пределах. На карте выделяются: микроводораздел, выпуклые и вогнутые микросклоны, крутизна которых не превышает 2°, а также продольные развальны* борозды - посередине всех трех полей.

Морфологическое описание разрезов, заложенных на защитных полосах и вдоль границ опытного участка, позволяет отнести изучаемые почвы к дерново-подзолистым тяжелосуглинистым, в которых горизонт А2 был уничтожен при распашке. Это согласуется с данными сплошного обследования почв станции В.В.Цветковым (1959) к М.А.Наконечной (1988). Почвы имеют тяжелосуглинистый гранулометрический состав в горизонте Апах (содержание фракции физической глины <0,01 мм составляет в среднем 43,3£), который утяже-1

льется в нижней части профиля.

На основании описания разрезов и анализа микрорельефа участка било сделано заключение, что развитые в пределах опытных полей почвы различается по следующий признакам.

I. По. мощности горизонта Апах, который варьирует от 28 до 34 см.

( 2, По выраженности эроз*онно-ах кумулятивного процесса: в

' 6

пределах участка имеются намытые почвы, горизонт В в которых залегает на глубине 50 см, и смытые почвы, характеризующиеся буровато-серой окраской пахотных горизонтов.

3. По выраженности признаков элювиально-иллювиального процесса - интенсивности белесой присыпки и кутан, соотношению з . профиле языков оподзоленности и вмещающей почвенной массы.

4. По наличию признаков временного избыточного увлажнения -наличию Fe-Ma конкреций в почвенном профиле и оливкового оттенка нижних горизонтов.

Таким образом, почвенный покров участка представлен пятнистостью, компонентами которой являются дерново-подзолистые, дерново-подзолистые поверхностно оглеенные, слабо эродированные и слабо намытые почвы.

2. Влияние агрогенных факторов на свойства почвы и их динамику. В настоящее время накоплен обширный экспериментальный материал по влиянию удобрений и гербицидов на свойства почвы. Их действие состоит в следующем.

1. В пахотных дерново-подзолистых почвах минеральные удобрения стабилизируют содержание гумуса и препятствуют его потерям при сельскохозяйственном использовании, но не способны обеспечить его положительного баланса (Шевцова, 1966; Лыков, 1968,. 1973, 1976; Минеев, Шевцова, 1978; Tamm, Sohren , i960; Dernbach , 1962; Koroed , Ileanlng , 1976; Skicbore e.o. , 1979). Без известкования минеральные удобрения способствуют подкислению почвы за счет физиологической кислотности, что в ряде случаев приводит к снижению содержания гумуса (Шаймухаметов, 1971; Матвеева и др., 1976; Маэур, Ермолаев, 1985).

2. Опыты с органическими удобрениями свидетельствуют о накоплении в почве гумуса по сравнению с контролем без удобрений, а также по сравнению с вариантами только с Д/РК (Лыков, 1973;

7

К/знецова и др., 1984; Ииввв! , *а*аоп , 1940; ЗвЬаХвЛв» , 1972; Двоиа в.о. , 1979). Органические удобрения также оказывают благоприятное воздействие на физические свойства почвы и жизнедеятельность микроорганизмов.

3. Гербициды влияет на основные почвенные свойства преимущественно косвенно - через изменение экологической обстановки в результате снижения или полного уничтожения в агрофитоценоэе доли сорных растений (Овчинникова, 1987; КаиГтеш , 1966).

В настоящей работе анализируется агрогенные изменения важнейших химических показателей - содержания и состава гумуса, содержания азота, почвенной кислотности. Оценка распределений содержания Сорг, /Уобщ к значений р%С1 покаэаяа» что он* соответствуют нормальному закону. Это позволило рассчитать основные статистические парамзтры распределения эткх показателей как дм выборки в целом, так и по отдельным рариантам опыта (табл. 2) ж сделать следующие выводы.

Применение органо-шшеральиой системы удобрен» в течете 20 лег привело к достоверному увеличен**) содетиания Сорг в почве по сравнению с минеральной системой на 0,1%: содержание Сорг в почве фона I в среднем составило 1,58% (т » 10%), в почве фона 2 - 1,47% (т - 9%).

6-кратная обработка посевов гербицидами на органо-шшераяь-

I

ной фоне (вар. 3) привела х достоверному (Рд дд) снижению содержания Сорг в почве на 0,09$ по сравнению с почвой контроля (вар. I), а также по сравнению с вариантами: 2 - ручные прополки под пропашными, 5 - гербициды 2 раза ва ротацию, 6 - гербициды 4 раза за ротацию, к 7 - гербицида 4 раза ва ротацию на фоке повышенного внесения /УРК - с более низких уровнем вероятности

(Р0,90К

Согласно данным А.К.Алиева (1969) по урожайности культур

8 .

Таблица 2

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СОДЕРЖАНИЯ Сорг, //общ И ЗНАЧЕНИЙ рНщ;1 В ПОЧВЕ ОТДЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ (гор. Алах, 0-20 см)

па-! В а в и а и т ы

ра-1 не-! I тда! 1 ! 2 ! ! ! 3 ! 1 ! 4 | 1 ! ! 5 ! 6 ! ! 1 ! 7 ! 'Т----- 1 8 I 1 9 ! 1 ! 10 !

Сорг, %

я 60 60 60 60 40 60 60 40 60 60

5? 1,62 1,59 1,53 1,55 1,59 1,59 1,59 1,55 1.47 1.47

ю 8 9 10 II 9 /Иобщ, % II 10 8 10

п 20 20 20 20 ■ нет 20 20 нет 20 20

х 0,144 0,145 0,149 0,145 дан- 0,146 0,151 дан- 0,147 0,143

,Т.* II 8 8 7 кых 9 Р%С1 9 ных 9 . 7

а 40 40 40 40 20 40 40 20 40 40

х 5,84 5,71 5,70 5,74 5,95 5,74 5,76 5,55 5,62 5,58

х£ § 6 4 5 6 5 5 7 6 6

севооборота и биомассе сорняков в изучаемом опыте за первые 3 ротации снижение сухой массы сорняков на вариантах с гербицидами по навоэно-минеральноцу фону составило 18-25 ц/га;'а увеличение сухой массы растительных остатков кукурузы в вариантах с гербицидами - 20-22 ц/га. (Расчет сухой массы растительных остатков проведен нами по урожайным данным А.М.Алиева в соответствии с 'Рекомендациями для исследования баланса и трансформации органического вещества при сельскохозяйственном использовании и интенсивном окультуривании почв", 1984). Мы не располагали данными о сравнительной характеристике сорных растений и растительных остатков кукурузы в качестве гумусообразователей. Можно предположить, что сорные растения в большей степени способствуют накоплению гумуса, чем растительные остатки кукурузы за счет более

полной гумификации, которая обусловлена их химическим составом и режимом поступления в почву.

На минеральном фоне не обнаружено различий по содержанию Сорг в почве между вариантами без гербицидов (вар. 9} и с их использованием (вар. 10). Это, вероятно, связано с меньшей контрастностью количества и качества растительных остатков и сорных растений между этими вариантами по сравнению с аналогичными вариантами органо-минерального фона. Так, по данным А.К.Алиева (1969) биомасса сорных растений била на минеральном фоне на 20% ниже, чем на органо-минеральном, а применение гербицидов снижало биомассу сорняков лишь на 73-755? (по органо-минераяьному - на 85-9СЙ). Урожаи по вариантам минерального фона также меньше различались, чем по аналогичным вариантам фона I.

В вариантах опыта, характеризующихся повышенным содержанием Сорг отмечался в среднем более высокий уровень продуцирования СОо почвой (табл. 3), что отражает различия потнециальной способности почвы к минерализации содержащегося в ней органического вещества.

Содержание //оба в пахотных горизонтах поля I не было связано с вариантами и фонами. Известно, что преобладающая часть почвенного азота - 93-99$ - представлена органическими формами (Орлов, 1963). Коэффициент корреляции между содержанием Сорт и /Уобщ в почве исследуемого участка составил 0,63 (Шу » 0,062, достоверен о Рд ддд)• Зависимость содержания И/общ (у) от Сорг (х) выражается уравнением линейной регрессии у = 0,051х + 0,070 при х « 1,15*1,95/5 (рис. I).

Содержание подвижной нитратной формы азота не зависело ни от применяемой системы удобрения, ни от кратности обработки растений гербицидами (Табл. 3). Содержание подвижных аммонийных фотм азота, напротив, было тесно связано с видом фона. Так, со-

10 .

Таблица 3

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОДУЦИРОВАНИЯ ПОЧВОЙ С02 И СОДЕРЖАНИЯ ПОДВОДНЫХ ФОРЫ АЗОТА В ПОЧВЕ ОТДЕЛЬНЫХ ШМАНТОВ (гор. Апах, 0-20 см), п = 4

па-!__ _ В а_р и а н т ы

,-г--1--Т---J-*—т——1--1---т---1-----

ме-! I !2t3!4!5!6!7!8!9!I0 тры!_! I !_! !__!___I !_!____

COg, мг/кг в сутки

х 231 218 211 202 нет 172 159 нет 179 188 1,% 4 19 25 17 дан. 7 15. дан. 8 7

/V-/VH4, мг/кг почвы

х 7,2 6,2 8,0 7,5 7,0 7,3 9,2 8,7 9,7 8,5 28 34 52 30 41 35 14 29 24' 12

N-NO31 мг/кг почвы

х 4,7 5,8 6,2 6,1 5,5 6,1 4,9 5,1 6,0 4,6 V & 15 30 28 8 7____15____19_8___33 8

держание /V-/VH4 в почве вариантов органо-минерального фона (вар. 1-6) было достоверно (Pq qq) ниже, чем в почве минерального фона (вар. 9,10).

Применение органо-минеральной системы способствовало снижению почвенной кислотности: значения pHjgjj почвы фона I достоверно (Pq ggg) выше, чем почвы минерального фона (табл. 2), причем наиболее высокими значениями pHj^j характеризовались почвы органо-минерального контроля (вар. I) и варианты с минимальной кратностью обработки посевов гербицидами (вар. 5). Таким образом, внесение органических удобрений на фоне известкования способствует дополнительному снижению кислотности, а уничтожение большей части сорных растений в агрофитоценозе снижает его устойчивость к подкисляющему эффекту минеральных удобрений.

Полученные данные свидетельствуют о том, что положительная

II

А/. %

0,171

0,15

0,13

0, IIC

1,15 1,35

1,55 1,75

1,95 С, %

Рис. I. ЗАВИСИМОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ А/общ ОТ СОДЕРЖАНИЯ Сорт, поле I, гор. Лпах (0-20 см)

роль органических удобрений проявляется даже на длительно окультуриваемой (не менее 35 лет) органическими я минеральными удобрениями дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве: применение навоза совместно с минеральными удобрениями способствовало накопление гумуса, увеличения биологической активности почвы, снижение почвенной кислотности. Обработка посевов гербицидами оказывала противоположное, но не менее существенное влияние на перечисленные свойства: снижало содеркание в почве гумуса ж биологическую активность почвы, способствовало увеличению почвенной кислотности. Из этого следует, что сорные растения играет важную роль в процессах гуцусообразования, оказывает влияние на уровень биологической активности ж кислотности почвы.

Суммарное воздействие arpoгенных факторов на свойства, почвы оценивали посредством двухфакторного дисперсионного анализа, который использовали для выявления влияния удобрений (наличке

или отсутствие навоза) к гербицидов (наличие или отсутстзке). В дисперсионный комплекс были включены варианты I, б, 9 и 10, т.е. оба контрольных и 'варианты с 4-х кратной обработкой посевов гербицидами на обоих фонах. Еыявлено достоверное влияние (Рд ддд) суммы агрогенных факторов на варьирование содержания в почве Сорг, которое составило 18%, причем на влитие удобрений пр«хо-. дится 17%. Достоверное влияние агрогенных факторов на варьирование значений Е^^х в сумме составляет 10£, удобрений - 8£; влияния агрогенных факторов на варьирование содержания в почве //общ, не обнаружено. При однотипном агрофоне участка причиной неучтенного варьирования является действие естественных факторов и, прежде всего, микрорельефа.

3. Влияние естественных факторов на свойства почвы и почвенный покров. С интенсификацией земледелия пространственная неоднородность свойств почвы часто возрастает (Белобров, 1972; Березовский н др., 1984, 1985; Кауричев и др., 1987), что может затруднить разработку способов окультуривания почвы. Из этого следует, что при оценке различных приемов окультуривания должно учитываться их влияние на гомогенизацию почвенных свойств. Также необходим анализ связей свойств почвы с теми естественным* факторами, которые обеспечивают воспроизводство неоднородности.

В зоне серых лесных н дерново-подзолистых почв при однородности литологических условий ведущим фактором дифференциации почвенного покрова является рельеф, который прямо влияет на характер перераспределения тепла и влаги, развитие и размещение в пространстве процессов смыва ж аккумуляции почв и, вместе с этим, на структуру почвенного рскрова (Иеллуиа, 1958). Анализ литературных данных (Троицкий, Шершукова, 1368; Григорьев и др., 1973, 1975; Синицына, 1973, 1975, 1963; В&жекина и

13

др., i960; Кауричев и др., 1987 и др.) приводит к выводу, что аналитически выявляемое снижение содержания и запасов гумуса в смытых и увеличение - в намытых почвах имеет место как для ряда почв, развитых в пределах больших территорий - порядка тысяч гектаров, так и в пределах отдельных хозяйственных полей и опыт- ; них участков площадью до 10 га. Тот же вывод можно сделать и в отношении действия на пространственную неоднородность почвенных свойств процессов оглеения.

С целью оценки влияния рельефа на пространственную неоднородность почвы опытного участка были составлены и нанесены на топооснову картограммы содержания Сорг, /Уобщ и значений рНдогд пахотных горизонтов почв. На картограмме содержания Сорг (рис. 2) можно выделить ареалы с близкими значениями Сорг, что доказывает неслучайный характер варьирования этих величин. Ареалы ориентированы по направлению микросклонов, их границы не совпадают с границами фонов и вариантов. Анализ расположения линий стока по топокарте показывает, что в тех позициях микрорельефа, где создаются препятствия на пути движения временных водных потоков (гребни) или на выположенных участках микросклонов содержание Сорг в почве выше (>1,7%), чем на боковых склонах гребней. Это позволяет считать микрорельеф важным фактором пространственного варьирования Сорг.

Одной из причин, обусловливающих выявленную пространственную дифференциацию, является эрозионно-аккумулятивных процесс. Наличие процессов эрозии подтвервдается существованием в пределах участка смытых и намытых почв. Кроме того, установлена достоверная (Р0 99) обратная корреляция, г = -0,57 между содержанием в почве Сорг и фракцией мелкозема ¿0,005 мм (с этой фракцией связана основная часть органического вещества почвы - Тито-вп, Кураева, 1967). Для выборки проб почв, принадлежащих к од-

14

Рис. 2. МИКРОРЕЛЬЕФ И СОДЕРЖАНИЕ Сорг В ГОР. Апах ОП1ДТОГО УЧАСТКА

„— изогипсьг, сечение 10 см .—1.5- изолинии содержания Сорг в гор. Апах

..... границы полей

I, П, Ш - # полей

ному микросклону, коэффициент корреляции повышается до -0,84+ -0,89. Наличие указанной связи позволяет считать, что на эродированных поверхностях идет припашка иллювиальных горизонтов, обогащенных илистыми частицами и обеднению: гумусом.

Другим возможным направлением влияния рельефа на почвенные свойства можно считать создание локальных различий режимов тепла я влаги и, как следствие этого, интенсивности и направления микробиологических процессов. Так, делянки органо-минераль но го фона поля I, расположенные в пределах микроводораздела (дел 1-12) характеризуются в среднем меньшим содержанием аммонийного азота -5,1 мг/кг почвы и большим уровнем продуцирования СО^ почвой -230 мг/кг в сутки по сравнению с делянками того же фона, но расположенными на приводораздельном склоне (дел 21-32): для них средние значения этих показателей составили соответственно 9,2 мг/кг почвы и 184 мг/кг в сутки. Установлена достоверная (Рф ддд) обратная корреляция между продуцированием почвой С0£ и содержанием подвижного /V—/УН^, г = -0,59, что говорит о взаимосвязи между процессами трансформации соединений углерода и соединений азота: на участке, где сложилась более благоприятная обстановка для минерализации углерода, наиболее интенсивны также процессы минерализации азота с последующей нитрификацией..

Картограмма значений рН^^ почв участка выявляет частое чередование в пространстве повышенных и пониженных значений, диапазон колебаний которых от 5,10 до 6,00; выделенные ареалы характеризуются мелкоконтурностью. Показатель обменной кислотности почт,I отражает соотношение в ЛТК катионов, т.е. зависит от большого числа факторов, определяющих поступление катионов в почву (био-гешюго накопления, поступления с удобрениями и известью и их миграции ла пределы почвенного профиля с вертикальным, внутрипочвен-ккм или погерлностнкм стоком). Поэтому картина пространственного

'16

распределения значений Р^^с! по-видимому динамична во времени.

По данным ЦОС ВИУА за время проведения 3 ротаций севооборота среднее содержан :е гумуса в почве опыта изменялось незначительно. В почве органо-минерального контроля до закладки опыта оно составляло 2,31$, по окончании 3 ротации - 2,35%, минерального контроля - 2,31% н 2,26$ соответственно (Алиев, 1969; содержание гумуса определяли методом Тюрина в смешанных образцах с делянок). Из этого следует, что содержание гумуса почвы можно считать квазистационарным. Сочетание с этим высокой пространственной вариации гумуса позволяет считать процессы его пространственной дифференциации устойчивыми во времени.

Таким образом, неоднородность почвенных свойств постоянно воспроизводится и не сглаживается комплексом агротехнических приемов даже в условиях квазистационарного состояния почвы и на высоком агрофоне. Воспроизводство неоднородности обеспечивается постоянно действующими процессами микроэрозии, а также постоянно существующими различиями режимов тепла и влаги почвы, связанных с положением в микрорельефе.

Анализ результатов исследования приводит к выводу, что при изучении динамики почвенных свойств необходима дифференциация участка на ареалы, характеризующиеся близкими значениями изучаемых параметров. В этом случае исследование их динамики может быть сведено к наблюдениям за динамикой наиболее контрастных по свойствам ареалов. Предметом исследования должны бить как абсолютные значения параметров, так и их варьирование в пределах . отдельных ареалов.

4. Качественный состав гумуса почеы и факторы, его определяющие. Почва участка характеризуется следующими показателями гумусного состояния (по Орлову и Гришиной, 1973): средней степенью гумификации - переходным от гуматно-фульватному к

17

фульватно —гумэ/гноцу типом гуиус.ц — Сгк'Сфк составляют 0,5—Х,3; низким содержанием ГК-1 - 26% от суммы гуминовых кислот, средним -ГК-2 - 44^ от суммы ГК и высоким - ГК-3 - 30% от суммы ГК. Очень высоки значения коэффициентов экстинкции суммы ГК-1+ГК-2 - в среднем 0,17, что типично, скорее, для черноземов. Столь высокие коэффициенты экстинкции можно считать показателем высокой окультуренности изучаемых почв.

Показатели фракционно-группового состава гумуса варьируют в достаточно широких пределах (табл. 4), их связис отдельными вариантами опыта не обнаружено. Причиной этому является незначительность изменения в опыте основных факторов, влияющих на качественный состав гумуса - его общего содержания, кислотности, биологической активности.

Установлено, что абсолютное содержание фракции 2 прямо коррелирует с общим содержанием Сорг: коэффициент корреляции составил 0,74 (Рф ддд). Для других фракций, в том числе фракции I, которую принято считать наиболее лабильной, подобной связи не обнаружено. Вероятно, в условиях высокой обеспеченности почвы кальцием, вносимым с известью, создаются благоприятные условия для связывания с ним гумусовых веществ.

Относительное содержание в составе гумуса фракции I связано с почвенной кислотностью. В почвах со значениями рН^ > 5,9 доля фракции I не превышает 2С(£ от Собщ; при рН^-.^ ¿.5,5 - не ниже 20$ (табл. 5). Различия между группами достоверны (Рф^ддд). Кроме того, при. рй}{С1 ^ доля фракции 2 достоверно (Ро,99^ ниже, чем при Е%сх >5,5. Приведенные данные подтверждают роль кислотности в формировании фракционного состава гумуса дерново-подзолистой почвы, где уровень кислотности зависит от полноты замещения в ГИК водорода и алюминия на кальций, калий и другие основные катионы при известковании и удобрении. Насыщенность

' 1В

Таблица 4

СЛдаШ-ПОКАЗАТЕЛИ «РАКЦИОННО-ГРУЛПОВОГО СОСТАВА ГУМУСА ИЗУЧАЕМЫХ ПОЧВ (поле I, гор. Апах), а - 24

пара-! ! иет- !Собш,! ры ]% в !

Гуминовые к-ты_

Сгк

С. % от Собщ_ __!

7-----3---г-г---Т---1 т

шьвокислоты_____I но ¡фра-;фра-| ш )•

! почве! ГК-1! ГК-2! ГК-3! 2ГК ! ФК-1а Г ФК-1! Ы-2! ФК-3 !£ФК \ ¡кция|кцш; ^ I

I I- I А ! с I I

„0.001% С 4^5, 1см

---Г_А--

ГК-1 ГК-(1+2)

!

!

!

х 1,60 6,7 11,8 8,3 26,9 4,1 9,1 12,1 7,9 33,0 40,0 19,8 23,9 0,84 0,043 0,17 0,203 1,39 5,19 1,66 5,И 0,72 1,93 3,94 2,05 3,39 3,48 2,71 4,24 0,22 0,0103 0,029 V, % 13 21 44 20 19 18_21_33 26 _10_ 9 _ 14__18 32_ 24 17

«о

Таблица 5

ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОСТИ НА СОДЕШНИЕ ФРАКЦИИ I ШЧВЕННОГО ГУМУСА

Фракция 1,|.

РЧКС1-

% от Собщ:! патзаметш ! 45,49 } 5,50-5,89 \ >5,90

а х, % тг с/ V, /о 7 23,3 2,50 II 19 20,9 3,45 17 15 18,9 2,01 II

почвы кальцием по данным ряда исследований прямо определяет соотношение фракция I и 2 в составе гумуса (Оснпова, 1980; Михновская и др., 1987; Орлова и др., 1987; Шевцова, 1969).

Установлена слабая, но достовернгя обратная связь между отношением Е-величин сумны гуминовых кислот фракции I и 2 и Е-ве-личин гуминовых кислот фракции I с одной стороны и долей ГК фракции I и 2 (Сгк-1+Сгк-2): коэффициент корреляции составил -0,48, достоверен с Pq gQ. Зто говорит о том, что при возрастании доли гуминовых кислот в составе гумуса различия в строении ГК фракций I и 2 уменьшаются.

Поскольку в полевых условиях выделить влияние удобрений на фракционно-групповой состав гумуса не удалось, был проведен модельный опьгг по взаимодействию дерново-подзолистой тяжелосутли-' нистой почвы и солей, входящих в состав удобрений - KCl и /VH4/VO3 (почвы станции пересыщены фосфором, поэтому ставить опыт с фосфатами мы сочли нецелесообразным). Соли вносили в почву на фоне 3-х уровней кислотности: фоновом, повышенном (добавление 0,1 н Hg SO4 до pflj^Q почвы = 4) и пониженном (добавление СаСОд до насыщения ШШ кальцием). Почвы, выбранные для опыта, отличались долей ГК-2 в составе гумуса: почва I содержала 18,6%, почва 2 - 30,4%.

Влияния солей KGI и /VH4/VO3 на свойства гумуса ни на одном из фонов не обнаружено, показатели гумусного состояния в пределах каждого из фонов кислотности варьировали незначительно (табл. 6). Влияние кислотности оказалось более существенным: в вариантах с добавлением карбоната кальция доля фракции I и гуминовых кислот этой фракции достоверно (Pq gg) снизилась по сравнению с печной фонового уровня кислотности в обеих почвах. Доля фракции 2 практически не менялась. Снижение доли фракции I сопровождалось снижением Е-величин щелочной вытяжки без декальцирования, что,

20

Таблица б

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ МОДЕЛЬНОГО ОПЫТА (гор. Апах, 0-20 см)

вар'Собщ'рН "С. ^"ГСобщ [

! % !НоО !КС1 Тл;ГТГк1Т'лт"ТГК 24-----------

! ' кёия' ' кшя' 'фра- !ГК-1 !фра- •

Г ! ! ¡кциЯ| {кпия | , ,

_! _1 ' ! ! ! ! ! I ! ! 2 !

Почва I

1 1,24 6,32 5,ЗЭ 20,9 6,5 31,5 18,6 0,023 0,036 0,100 0,151

2 1,25 6,25 5,51 20,8 6,4 32,0 16,0 0,022 0,034 0,095 0,157

3 1,24 6,10 5,30 21,0 6,5 32,2 16,9 0,026 0,033 0,093 0,159

4 1,26 4,90 4,36 21,5 5,6 30,1 18,2 0,025 0,047 0,097 0,153

5 1,25 4,88 4,39 21,6 5,6 31,2 19,2 0,025 0,047 0,095 0,154

6 1,30 4,88 4,44 20,8 5,4 30,0 13,1 0,025 0,041 0,096 0,200

7 1,21 7,27 6,52 18,2 4,1 33,0 15,7 0,018 0,034 0,098 0,192

8 1,20 7,31 6,73 19,2 5,0 31,7 17,5 0,016 0,028 0,097 0,159

9 1,22 7,35 6,75 18,9 4,1 31,9 18,8 0,017 0,038 0,096 0,153

П о ч в а 2

1 1,45 6,86 6,10 24,1.6,3 30,4 30,4 0,025 0,045 0,111 0,257

2 1,53 6,94 6,34 22,9 7,8 30,7 27,4 0,025 0,046 0,110 0,272

3 1,54 6,77 5,90 20,2 6,5 33,1 31,8 0,029 0,050 0,117 0,269

4 1,49 4,60 4,22 23,5 7,4 32,2 32,2 0,027 0,054 0,118 0,260

5 1,52 4,75 4,38 23,0 7,9 31,6 30,0 0,026 0,048 0,117 0,264

6 1,57 4,75 4,46 22,2 7,6 30,6 30,6 0,024 0,045 0,122 0,265

7 1,55 7,39 6,71 20,6 5,8 32,9 31,0 0,018 0,030 0,118 0,278

8 1,51 7,25 6,75 19,8 4,6 31,8 29,1 0,020 0,046 0,119 0,282

9 1.55 7,26 6.65 19,4 4,5 32,9 32,9 0,019 0,044 0.114 0,258

*Варианты: I - контроль (фон I); 2 - фон I + КС1; 3 - фон I + /У^/УОз; 4 - фон I + Н^04 (фон 2); 5 - фон 2 + КС1; 6 - фон 2 + ЛЛ^Оз; 7 - фон I + СаС03 (фон 3); 8 - фон 3 + КС1; 9 -фон 3 + ЛИ^Од

по данным ряда исследователей (Небольсин и др., 1983, 1986; Баки-на, 1987), объясняется связыванием с кальцием наиболее конденсированной части фракции I и переходом ее во фракцию 2.

В вариантах с добавлением кислоты доля фракции I не изменилась. В почве I достоверно (Рд эд) снизилась доля фракции 2. Достоверно (?о дд) увеличились Е-величины ГК-1 в варианте с добавлением кислоты в почве I. Поскольку в этом случае доля фракции в целом не менялась, а изменялось лишь соотношение между ГК и ФК внутри нее - с 0,67-0,73 в почве фона до 0,50, то это можно отнести на счет перехода части наименее конденсированных гуминовых кмелот в группу фульвокислот.

Поскольку в опыте не произошло достоверного снижения содержания углерода, то вероятный механизм изменения фракционно-груп-пового состава связан с переходом одних фракций в другие при изменении кислотности. Лодкисление почвы приводит к увеличению содержания Сорг в непосредственной вытяжке без декальцирювания: коэффициент корреляции между долей фракции I и значениями рН^^ для обеих почв составил -0,58 ( о^ = 0,16; Рд дд), для почвы I --0,90 ( тт'= 0,063; Р0 999).

ВЫВОДЫ.

I. Изменение химических свойств почв при их сельскохозяйственном использовании, включая и показатели их гумусного состояния, обусловлены как влиянием применяемых систем удобрений, так и особенностями микрорельефа. В опыте на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве по применению гербицидов на органо-мине-ральном (навоз 60 т/га + Д/400Р405К1070 за ротацию) и минеральном (Д/700Р555К1430) фонах варьирование содержания гумуса на К/о было обусловлено агрогенными факторами, в остальном - положением почвы в микрорельефе.

2. 20-летнее внесение навоза, минеральных удобрений привело к накоплений Сорг ,в вариантах с органо-минеральной системой на

0,1/1 по сравнению с минеральной; на такую же величину содержание Сорг ниже в вариантах с максимальной кратностью обработки посевов гербицидами (6 раз за ротация). Показатели фракционно-группового состава гумуса практически не зависели от указанных агрогенных факторов.

3. Анализ природы вариабельности лочвенных свойств в пределах опытного участка позволяет предполагать, что первичная неоднородность почвы в условиях ее сельскохозяйственного использования постоянно воспроизводится и, возможно, нарастает во времени. Пространственная дифференциация в условиях однородности литологического строения связана с микрорельефом и обусловлена эрозионно-аккумулятивными процессами, а также локальными различиями режимов тепла и влаги.

4. Экспериментально наблюдаемые пределы колебаний основных почвенных свойств в гор. Апах составили: рН^х 5,2-6,6 ( v = 6%); содержания илистой фракции - 39-46% ( v =5%); содержания Сорг 1,15-1,95% ( 7 = 10%); уУобщ - 0,120-С,170% (V 9%); продуцирования СО2 почвой - 137-280 иг/кг в сутки = 18%); фракции

I гумуса - 16-25% от Собщ ( V = 16%); фракции 2 гумуса - 16-30% от Собщ ( V = 25%); Сгк:Сфк - 0,5-1,3 ( V = 27%).

5. Выявлены изменения фракционно-группового состава гумуса в связи с особенностями локальных условий почвообразования:

а) при значениях рН^]-£5,5 доля фракции I в составе гумуса не ниже 20%; при рН^^ > 5,9 - не выше 20%;

б) увеличение содержания гумуса идет преимущественно за счет фракции ГК-2.

6. При организации агромониторинга целесообразно прспздить наблюдения с учетом дифференциации гумусного состояния и "[>::;':•:-

23

сов трансформации гумуса по элементам микрорельефа. За счет этого может быть понижена ошибка в определении содержания гумуса, обусловленная неслучайной составляющей его пространственного варьирования.

7. При закладке и проведении длительных полевых опытов необходимо детальное обследование почвенного покрова и свойств опытного участка.

По материалам диссертации опубликованы следующие р&боты:

1. О воспроизводстве неоднородности почвенного покрова в условиях длительного окультуривания дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы/Дез. докл. Всес. школы-конференции молодых.ученых "Экологические проблемы в земледелии и почвоведении",- Курск, 1591.- С. 35-36.

2. Некоторые подходы к изучению динамики свойств дерново-подзолистой почвы при окультуривании (в печати).

Подписано в печать 26.03.91г.. Заказ .543 Формат 60x90/16 Тира» 100

Москва. Типография ЗАС2Ш