Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агрогенетическая характеристика почв Приневской низменности

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Агрогенетическая характеристика почв Приневской низменности"

На правах рукописи

Бахматова Ксения Арнольдовна

АГРОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ПРИНЕВСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - Пушкин 1997

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения Санкт-Петербургского государственного Аграрного университета и в лаборатории географии почв Биологического НИИ Санкт-Петербургского государственного университета.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор И.Н.ДОНСКИХ, кандидат биологических наук Н.Н.МАТИНЯН. Официальные оппоненты:академик РАСХН, доктор сельсхохозяйс-

на заседании Диссертационного совета К 120. 37. 01 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620 г. Санкт-Петербург, Пушкин, Петербургское шоссе, 2, корп.1а, ауд. 239.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан ' _1997 года

твенных наук, профессор В.А.СЕМЕНОВ, кандидат биологических наук А.Ю.ПЕРЦО-ВИЧ.

Ведущая организация: Почвенный музей им.В.В.Докучаева.

1997 года в

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат с.-х. наук, доцент

Общая характеристика работы.

Актуальность исследований. Территория, избранная нами в качестве объекта исследования, находится в непосредственной близости от Санкт-Петербурга. Большая часть распространенных на ней почв в течение длительного времени использовалась в сельском хозяйстве. Высокая интенсивность антропогенного воздействия на эти почвы и разнообразие его форм позволяют изучать на их примере роль хозяйственной деятельности человека в эволюции почв и почвенного покрова. Этот круг проблем имеет значительную актуальность в наши дни. Исследуемый район - база пригородного земледелия, поставляющая овощи горожанам и корма - животноводческим хозяйствам, поэтому уровень плодородия и рациональное использование этих почв имеют большое значение. От состояния почв зависит и экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции. Кроме того, в настоящее время, ввиду известных экономических трудностей, степень воздействия человека на почвы понижается, и возможен процесс, обратный интенсивному окультуриванию, - постепенная утрата почвами привитых им свойств. Поэтому проанализировать достигнутый уровень агрогенной трансформации почв, приблизительно оценить глубину и устойчивость этого преобразования в зависимости от базовых генетических особенностей почв необходимо именно в ближайшее время. Этими обстоятельствами и обусловлена актуальность нашего исследования.

Цель и_задачи исследования. Цель работы -дополнить и углубить существующие сведения о почвах и почвенном покрове Приневс-кой низины, проследить различия в воздействии процесса окультуривания на почвы разного генезиса.

В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи :

1. Проанализировать факторы, определяющие свойства почв

и структуру почвенного покрова территории.

2.Определить количественные параметры структуры почвеннного покрова Приневской низины на основе имеющихся почвенно-картогра-фических материалов.

3. Установить геохимические особенности почвенного покрова территории и почв, сформированных на разных породах.

4. Получить комплексные характеристики пахотных почв При-невской низины, сформированных на контрастных породах: ленточных глинах, моренных суглинках и водноледниковых песках. Комплексная характеристика включает: морфологическое строение, физические и физико-химические свойства, валовой химический состав, запасы гумуса и азота, групповой и фракционный состав органического вещества, содержание элементов минерального питания растений.

5. На основании сравнительного анализа установить черты сходства и различия в строении и свойствах антропогенно преобразованных почв, сформированных на различных породах.

6. Установить критерии окультуренности, применимые для почв, сформированных на контрастных породах.

Научная новизна. Выработан подход к рассмотрению почв, сформированных на контрастных породах в пределах одной территории, где ведущую роль в дифференциации почвенного покрова играет лито-логический фактор. Такая ситуация позволяет уловить базовые генетические особенности почв, чтобы зат^м связать их с агрономически ценными качествами (стуктура, запасы гумуса и азота, элементов питания растений), т.е.дать им агрогенетическую характеристику.

В работе впервые дается комплексная сравнительная характеристика почв района исследований, сформированных на различных породах, включающая обширный набор параметров, вплоть до геохимических особенностей. Впервые рассчитаны количественные показатели структуры почвенного покрова.

Практическая значимость. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при создании дифференцированного подхода к пахотным почвам, сформированным на различных породах, учитывающего не только, например, гранулометрический состав, а характеристику почв в целом. Подход к разработке практических рекомендаций по использованию почв, учитывающий их генетические особенности, позволяет сэкономить средства и время, затрачиваемые на поддержание почвенного плодородия.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Окультуривание создает ряд тенденций изменения строения и свойств, являющихся общими для почв, исходно генетически различных .

2. Генетические особенности почв, сформированных на конт-

растных почвообразующих породах, сохраняются даже в почвах высокой степени окультуренности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на научно-практических конференциях преподавательского состава и аспирантов в Санкт-Петербургском аграрном университете, а также представлены в научных докладах Второго Всероссийского Съезда почвоведов (Санкт-Петербург, 1996) и Международной конференции по проблемам антропогенного почвообразования (Москва, 1997 ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы. 1 статья находится в печати.

Объем работы. Работа состоит из введения, главы "Обзор литературы", главы, посвященной факторам почвообразования, действующим на территории, двух глав, посвященных результатам исследования и их обсуждению, и выводов. Диссертация изложена на ¿З^-Г'стр машинописного текста, включая рисунков, -¿¿^таблиц. Список использованной литературы состоит из наименований.

Содержание работы.

1.Объекты и методы исследования.

В качестве наиболее важной с точки зрения сельского хозяйства и характерной в отношении почвенного покрова выбраны центральная и южная часть Приневской низины, относящиеся к обширной второй террасе. Для глубокого изучения свойств почв заложено 7 опорных разрезов, расположенных на линии, пересекающей низину с севере на юг на уровне примерно 30°|33'восточной долготы. 6 разрезов выполнено на пашне и 1 - на почве под лесом. Полевые наблюдения и отбор образцов почв ( в количестве 60 штук) проводились летом 1994 года. Одновременно осуществлялся отбор проб для определения плотности сложения почв с использованием цилиндра объемом 100 смЗ ( по Н.А.Качинскому, 1965) и образцов почв на ленточных глинах с ненарушенным сложением для микроморфологического исследования.

Влажность почв была определена термостатно-весовым методом;

плотность твердой фазы пикнометрически; гранулометрический состав почв по Качинскому с применением пирофосфата натрия; рН водной и солевой суспензий - потенциометрически. Общее содержание органического вещества, а также его групповой и фракционный состав были определены по методу Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой. Гидролитическая кислотность определялась по Каппену, обменные основания - по Гедройцу, подвижные соединения фосфора и калия - в вытяжке Кирсанова ( Аринушкина, 1970). Валовой химический и микроэлементный состав почв и тонкодисперсной фракции определялся рентгенофлуоресцентным методом. Валовое содержание азота и фосфора определялось по методу Кьельдаля. Расчетными методами были установлены: общая порозность, степень насыщенности почвенно-погло-щающего комплекса основаниями, запасы гумуса и азота в почвенном слое определенной мощности, резервы минерального питания растений по Горбунову. Изучение минералогического состава илистой фракции проводилось при помощи аппарата "ДРОН-2", с использованием при расшифровке "Справочника межплоскостных расстояний" Гиллера.

Все анализы, за исключением рентгенфлуоресцентного, проводились лично автором. Кроме собственных данных, в диссертации использованы материалы крупномасштабного почвенно-геохимического картирования, выполненного лабораторией географии почв в 1982 году. При этом на готовых крупномасштабных почвенных картах были выбраны ключевые участки, для которых осуществлена количественная характеристика почвенного покрова.

2. Обзор литературы. Проблема классификации окультуренных почв.

В главе рассмотрены существующие классификации пахотных почв: с 20-30-х годов и до последнего времени. Проанализированы представления разных исследователей о процессах, протекающих в окультуренных почвах, и критериях степени окультуренности.

3. Факторы почвообразования.

Почвенный покров Приневской низины сформировался в условиях равнинного, слабо дренированного рельефа, с незначительными перепадами высот. Наряду с прохладным влажным климатом этот фактор способствует застою поверхностных вод и развитию процесов заболачивания на террритории низины. Разнообразие почвообразующих пород в пределах низины обусловлено деятельностью ледника и послеледниковых водных бассейнов, способствовавших размыву и переотложению

ледниковых осадков. Основными почвообразующими породами здесь являются ленточные глины и суглинки, моренные суглинки, водноледни-ковые пески и двучленные отложения. Ввиду сравнительной однородности рельефа разнообразие почв на территории Приневской низины обусловлено прежде всего литологическим фактором, с которым связаны не только химический состав и физические свойства почв, но и на их влагообеспеченность. В условиях холодного гумидного климата и слабой дренированности территории неоднородность сложения и различная водопроницаемость пород играет большую роль в перераспределении влаги, которое, в свою очередь, оказывает влияние на почвы и процессы, в них протекающие.

Значительную роль в формировании почвенного покрова района исследований в последние 200-300 лет играл антропогенный фактор, анализу влияния которого посвящен специальный подраздел.

4.Почвенный покров района исследований.

Структура почвенного покрова (СПП)

Проведенное в 1982 году крупномасштабное картирова-ние(М=1:10000 и 1:25 ООО) ( Н.Н.Матинян и др.) сельскохозяйственных земель пригородных совхозов, расположенных в Приневской низменности, выявило заметную пестроту слагающих ее почвообразующпх пород. В связи с этим для изучения мезоструктуры почвенного покрова ( ПП) были заложены 4 ключевых участка, различных по составу и соотношению почвообразующих пород: 2 участка - в районе распространения ленточных глин, 1 участок - на литологически неоднородной территории 1 - в районе распространения песчаных и двучленных отложений.

Количественная характеристика СПП ключевых участков определялась по формулам, приводимым в работах В.М.Фридланда ( 1972), Т.А.Романовой и др. (1983). Были рассчитаны коэффициент сложности (КС), коэффициент расчлененности (КР), коэффициент суммарной контрастности (К).

Количественная оценка СПП Приневской низменности выявила разнообразие отдельных ее участков по составу почвенных компонентов, по степени сложности, неоднородности и контрастности ПП. СПП участка, сформированного на водноледниковых и двучленных отложениях, характеризуется заметной расчлененностью ( КР=5.5) и сложностью ( КС=0.28) , что связано с мелким размером ( в среднем 18 га) и многообразием ЭПА. На 1000 га приходится 49 почвенных кон-

в

туров. На фоне низкой мелиоративной контрастности ( результат интенсивного осушения) СПП данного участка выделяется высокой контрастностью по генетическим разновидностям почв и по почвообразую-щим породам. Это обусловлено широким спектром двучленных отложений, имеющих различный генезис верхних и нижних наносов, что сказывается на характере почвообразовательных процессов.

Почвенный покров участков , расположенных в зоне распространения ленточных глин, выделяется высокой мелиоративной и генетической контрастностью. Характерное для равнинных территорий данных участков сочетание микропонижений, микроповышений и плоских водораздельных пространств и связанное с микрорельефом перераспределение поверхностной влаги приводит к развитию широкого диапазона почв нормального, временного, длительного и постояннного избыточного увлажнения. СПП участков обладает меньшей сложностью ( КС=0.03), меньшей расчлененностью ( КР=3.7-4.0) и большей однородностью, чем ПП предыдущего участка.

Участок, характеризующийся пестротой почвообразующих пород, выделяется самой высокой суммарной контрастностью ПП ( К=25.8). Значительное участие в ПП агроэемов и дерново-подзолистых почв различной степени оподзоленности и увлажнения, элювиально-оглеен-ных почв усиливают генетическую и мелиоративную контрастность. По сравнению с ПП (Сформированного на ленточных глинах , СПП данного участка характеризуется большей сложностью и неоднородностью (КР=2.1) ,что проявляется в снижении среднего размера контуров , в увеличении их количества на 1000 га. Однако по степени неоднородности ПП данный участок уступает территории, сложенной водно-ледниковыми и двучленными отложениями .

Геохимические особенности почвенного покрова.

Основным фактором, определяющим содержание микроэлементов в почвах, является их содержание в почвообразующих породах. Согласно данным, полученным при крупномасштабном почвенно-геохимическом картировании территории Ленинградской области, среди почвообразующих пород наиболее высоким содержанием микроэлементов отличаются ленточные глины ( сумма 10 элементов - 937 мг/кг), наиболее низким - флювиогляциальные и озерно-ледниковые пески ( соответственно - 626,7 и 691,7 мг/кг). На фоне невысокого содержания остальных элементов пески имеют повышенную концентрацию стронция и циркония. По данным А.П. Виноградова (1949), содержание циркония в

песках в 5 и более раз выше, чем в глинах. В ленточных глинах, в сравнении с остальными рассматриваемыми породами, больше хрома, свинца, марганца, цинка, никеля, кобальта. При сравнении микроэлементного состава пород изучаемой территории с породами Северо-Западного региона в целом ( Матинян и др., 1985) можно отметить некоторую концентрацию в ленточных глинах никеля, в глинах и песках - циркония. В то же время в породах Приневской низины меньше, чем в целом по Северо-Западу, марганца, цинка, меди и молибдена .

Сравнивая среднее содержание микроэлементов в профилях почв, сформированных на различных породах, можно отметить четкие генетические различия. Почвы на ленточных глинах содержат наибольшие количества цинка, меди,хрома и никеля. Песчаные почвы отличаются наименьшим содержанием этих элементов. Вместе с тем такие элементы, как цирконий, мышьяк, в меньшей степени - стронций и свинец -

Таким образом, проведенные исследования показали следующее:

Приневская низменность отличается сложным и разнообразным по составу и соотношению компонентов ПП, формирующимся в различных литологических, гидрологических и антропогенных условиях. Преобладающие почвенные комбинации - вариации-пятнистости дерново-подзолистых почв разной степени оподзоливания и оглеения и серии дерново-поверхностно элговиально-оглеенных почв. Автоморфные почвы имеют ограниченное распространение и их развитие связано с хозяйственной деятельностью человека. Пестрота почвообразующих пород в ряде районов низменности при равнинности рельефа создает комбинации , состоящие из сложных сочетаний вариаций и мозаик дерново-подзолистых почв поверхностного и грунтового оглеения, разной степени оподзоленности и выраженности альфегумусового процесса .

Главные факторы, обусловливающие дифференциацию ПП, в различных участках низины неодинаковы. В районах, сложенных ленточными глинами, дифференциация ПП вызвана перераспределением влаги по элементам микрорельефа, на участках с преобладанием водно-ледниковых песчаных и двучленных отложений - уровнем залегания поч-венно-грунтовых вод и стратиграфией двучленных отложений. На участках с мозаикой почвообразующих пород решающее влияние на СПП

представлены в разных почвах в сходных

оказывает литологический фактор.

Геохимическими особенностями Приневской низины среди подобных территорий Северо-Запада являются бедность почвообразующих пород Мп, Си, Мо, гп и концентрация в пахотных горизонтах,стронция, свинца и циркония.

Геохимические особенности окультуренных почв зависят прежде всего от породы, на которой они сформированы, а не от степени окультуренности.

5. Характеристика почв.

Морфологическое строение и физические свойства.

В нашем исследовании три рассматриваемые группы почв представлены семью опорными разрезами. Три разреза характеризуют почвы на ленточных глинах: лесная дерново-поверхностно-элювиально-сла-боглееватая (дерново-неглубокоподзолистая поверхностно-слабоглее-ватая) - р.З (рис.1), агродерново-поверхностно-элювиально-глеева-тая (окультуренная дерново-мелкоподзолистая поверхностно-глеева-тая) - р.7, агрозем глееватый (высокоокультуренная почва) -р.1.(Рис.2). Два разреза представляют почвы на водноледниковых песках: агроальфегумусовая (окультуренная дерново-подзолистая ил-лгавиально-железистая) - р.6, агрозем альфегумусовый) - р.2. (Рис.3). Почвы на моренных суглинках: агродерново-глубоксподзо-листая глееватая (окультуренная дерново-глубокоподзолистая глее-ватая) - р,5, агродерново-подзолистая высокоокультуренная почва (высокоокультуренная дерново-глубокоподзолистая) - р.4.(Рис.4). Особое внимание было уделено почвам на ленточных глинах, поскольку эта порода наиболее характерна для района исследований.

Сравнение морфологического строения и физических свойств лесной почвы на ленточных глинах и пахотных почв на различных породах показало, что наиболее наглядно различия, связанные со степенью окультуренности, проявляются в пределах пахотной толщи. Строение и залегание нижних горизонтов меняются при этом косвенно. Так, сопутствующая окультуриванию смена окислительно-восстановительного режима влияет на элементарные почвообразовательные процессы (ЭПП), протекающие в профиле почвы, что может находить отражение в ее морфологии ( степень выраженности оподзоливания и оглеения). Горизонт, следующий непосредственно за органогенным, по мере окультуривания вовлекается в пахотную толщу, сообщая ей

10 ¿0 10 10 10 £о 0.7 К /5 19_

Соч., %

Сгк/Стк.

Рис. I. Морфологическое строение и физико-химические свойства лесной почвы, сформированной на ленточных глинах.

Условные обозначения к рисункам I -4. горизонты почвенного профиля:

—- - содержание частиц < 0.001 мм.

----- pH KCl

I

.. . - сумма обменных катионов,

мг-экв/100 г почвы

............С орг. %

о- - С ГК/ С ФК

и

некоторые свои признаки. При этом он может, как элювиальный горизонт в пахотных почвах на ленточных глинах, совершенно устраняться из профиля. Горизонты могут "смещаться" вниз вследствие нарастания органогенной толщи, вызванного многолетним внесением значительных доз органических удобрений.

Вместе с тем, имеются к различия между почвами одинаковой степени окультуренности, сформированными на разных породах: в профиле высокоокудьтуренных почв сохраняются признаки доминирующего естественного почвообразовательного процесса - элювиаль-но-глеевого в почвах на ленточных глинах, подзолистого в почвах на моренных суглинках и альфегумусового - в почвах на песках.

Микроморфологическое строение почв на ленточных глинах.

В лесной почве гумусово-аккумулятивный горизонт отличается слабой агрегированнностью, отмечается значительное количество полуразложившихся растительных остатков и хлопья органической плазмы. В высокоокультуренной почве гумус хорошо агрегирован, имеет интенсивную темную окраску, наблюдается обилие копролитов. Органическим веществом прокрашен и переходный горизонт.

Физико-химические свойства.

Общие тенденции изменения физико-химических свойств почв при окультуривании заключаются в снижении кислотности и аккумуляции обменных катионов в верхней части почвенного профиля. Реакция поверхностных горизонтов окультуренных почв нейтральная или слабощелочная .Гранулометрический состав определяется особенностями породы. В суглинистых почвах можно отметить вынос ила из верхней части профиля, в песчаных - напротив - накопление тонкодисперсных частиц в пахотном слое.Аккумуляция обменных катионов в пахотной толще по абсолютной величине наиболее значительна в высокоокультуренной почве на морене, но коэффициент накопления по отношению к их содержанию в породе достигает максимального значения в почвах на песках ( в суглинистых почвах он не выше 2, а в песчаных -3-4). Такое различие связано с малой емкостью и, соответственно, бедностью основаниями рассматриваемых песков, на фоне которой аккумулятивный процесс проявляется особенно четко. В почвах на ленточных глинах при окультуривании, сопровождающемся сменой водного режима, поверхностное элювиирование оснований компенсируется и начинается их аккумуляция в верхней части профиля. Хотя элювиальный горизонт, где вынос ила и оснований выражен наиболее сильно,

Рис. 2. Морфологическое строение и физико-химические свойства окультуренных почв на ленточных глинах.

7 , 7/ й ЦК 21 31 41 ^ Ц и.\ М> II) 1КМ1

Г

К

10 ¿0 ЬО Ю 50 6.0 с сп.. % а7 и 1.5 1.9_Сгк/Стк.

7 // 15 19 Я , 27 31 П ^ 56 ^ 5ГЫ а 70 П

10 10 1$ 40 5.0 6.0 О7 и и 13

р. 5

Сап., %

Сгк/Ы.

......т Ж\ит

1.0 ¿0 Л0 10 5Л 6.0 Д7 11 1.5 13 .

С««., Я

Сгк/Стк.

Рис.Морфологическое строение и физико-химические свойства почв, сформированных на моренных суглинках.

Таблица 1. Среднее содержание и коэффициенты выноса-накопления микроэлементов в почвах.

I I Разрез ■ Микроэлементы, чг/кг; коэффициенты I I I

Сг I . I I | Мп| N х| Си 1 1 1 1 | 2п 1 1 1 АБ '|РЬ | 1 | КЬ Бг I I |2г ( I I

I 1 102 1 1 1 14 53| 44| 42 1 1 100 1 1 7 |27 | 144 172 I I I 271 I

0.7 |0.8|0.6| 1 .7 I 1 .8 1 . 6 | 2 . 5 | 0.7 1 .2 I 1-3|

I 3 103 }7 78| 49| 36 | 92 7 | 37 | 136 178 I 268!

0.6 ■|1.0|1.4|1.Я | 1 .7 2 . 6 | 2 . 1 | 1 .0 1 . 1 I 1-Ч

| 7 112 |611| 32| 33 | 64 7 124 | 109 162 1 3191

0.8 | 0 . 7 | 1 . 01 1 .0 | 1 .0 5. 3 | 0. 5 | 1 . 1 0.9 I 1-0|

I 4 90 |645| 24| 23 I 81 8 125 | 114 173 I 2751

0.9 | 1 . 3 | 0 . 9 | 0. ч | 1 . 7 1 .2| 1 . 2| 1 . 7 0.9 I 1-0]

I 5 96 |520| 22| 20 I 154 7 12 3 | 121 177 I 2981

0.6 | 0. 9 | 0. 9 | 0. 4 | 1 .2 1 • 3 | 1 . 1 | 1 .0 1 .1 I 1-Ч

I 2 54 |15 0| 6| 8 I 12 5 | 18 | 53 140 1 2941

0.7 |1.1|0.6|2. 3 | 1 .2 1 . 3 ! 2 . 3 I 0.9 0.9 1 °-91

I 6 50 |178| 3| 6 1 11 5 119 | 53 139 1 2701

| 1 .5 | 2 . 2 | 1.0|0.6 1 1 1 | 3.8 | 1 . 0 | 1 . 2 | 0.9 1.0 1 1-Ч < 1

у

с.

р. £

1.0 ¿0 Л0 1.0 $0 4о Сап., %

0.7 И 15 19 _Сгк/Спс.

Рис.3* Морфологическое строение и физико-химические свойства почв, сформированных на озерно-ледниковых песках.

в профиле окультуренных почв на ленточных глинах отсутствует, но вынос ила из поверхностных горизонтов остается. В почвах на моренных суглинках сохраняется, несмотря на высокую степень'окуль-туренности, подзолистый процесс, т.е. сохраняются элювиальный горизонт, элювиально-иллювиальное распределение обменных катионов и тонких частиц.

Валовой химический состав.

Валовой химический состав почв на ленточных глинах имеет следующие особенности. Верхняя часть профиля независимо от степени окультуренности относительно обогащена кремнеземом и обеднена алюминием и железом по сравнению с породой. Разница в том, что по мере окультуривания эта зона вымывания опускается на большую глубину. Иллювиирование полуторооксидов в почвах на ленточных глинах не выражено.

Валовое содержание магния за пределами гумусовых горизонтов примерно вдвое превышает содержание кальция. Гумусовые горизонты всех почв относительно обогащены кальцием, по мере окультуривания это обогащение становится более значительным.

Калий содержится по профилю рассматриваемых почв примерно в одинаковом количестве - около 3% и распределен относительно равномерно, с незначительным биогенным накоплением в верхней части профиля.

Верхняя часть профиля почв на моренных суглинках является зоной выноса железа и алюминия, хотя и не столь резко выраженного, как в почвах на ленточных глинах. При этом вынос полуторооксидов из верхней части профиля высокоокультуренной почвы выражен сильнее, чем из менее окультуренной. В последней в горизонтах А2В и Big можно отметить небольшое накопление алюминия и железа по сравнению с породой.

Хорошо выражено обогащение гумусоаккумулятивных горизонтов кальцием,' зависящее от степени окультуренности почвы: в высокоокультуренной почве в гумусовых горизонтах кальция в 3-7 раз больше, чем в породе, а в менее окультуренной - всего в 1.5 раза. Содержание калия по профилю меняется незначительно.

Естественно, что песчаные почвы,в сравнении с глинистыми, содержат больше кремнезема и меньше остальных элементов. Распределение полутороксидов в окультуренных песчаных песчаных почвах обратно тому, которое выше списывалось для суглинистых - наблюда-

- п

ется относительное обогащение ими верхней части профиля.

Кальций аккумулируется в верхней части профиля супесчаных почв, в высокоокультуренной почве его содержание в гумусоаккуму-лятивном слое в 3, а в менее окультуренной - в 2 раза превышает содержание в породе. В отличие от глинистых почв, песчаные содержат в нижних горизонтах не больше , а меньше или столько же магния, сколько и кальция. В верхних горизонтах магния в 2-3 раза меньше, чем кальция. Содержание калия в целом ниже, чем в почвах на моренных суглинках и ленточных глинах.

Таким образом, в верхней части профиля песчаных почв аккумулируются железо, алюминий и кальций, а выносится ( в незначительной степени) только калий.

Сравнение валового химического состава почв на различных породах позволяет заключить, что даже в высокоокультуренных почвах глинистого и суглинистого гранулометрического состава верхняя часть профиля является зоной выноса оксидов железа и алюминия,а также магния. В почвах на песчаных отложениях гумусовые горизонты обогащены полуторооксидами относительно породы. Эта ситуация согласуется с выносом ила из поверхностных горизонтов первых почв и накоплением во вторых и является принципиальным различием во влиянии окультуривания на почвы разного гранулометрического состава. Между тем, универсальным для тех и других почв показателем степени окультуренности будет коэффициент накопления в поверхностных горизонтах кальция по сравнению с породой.

Минералогические особенности почв на ленточных глинах.

Ленточные глины, как почвообразующая порода, состоят преимущественно из диоктаэдрической гидрослюды, частично с нарушением переслаивания, и каолинита, с незначительной примесью тонкодисперсных полевого шпата и кварца.

В иллювиальных горизонтах всех рассматриваемых почв, наряду с вмыванием ила, происходит относительное накопление гидрослюды. В этих горизонтах четко проявляется набухающая смешаннослойная фаза (гидрослюда-смектит). Минеральные фазы в В горизонте наилучшим образом окристализованы по сравнению с остальным профилем.

В элювиальном горизонте, напротив, преобладающим минералом является каолинит, гидрослюда же, очевидно, выносится.

В гумусово-аккумулятивном горизонте лесной почвы, преимущественно органогенном, илистой фракции немного. Гидрослюда здесь

подвергается интенсивному выветриванию, так что распадается на отдельные слои ( несколько рефлексов небольшой интенсивности в соответствующей области). Присутствует каолинит, много полевого шпата и кварца. Таким образом, в лесной почве гумусовый горизонт по составу илистой фракции четко обособляется от остального профиля .

Б агроземе в пахотный горизонт вовлечены минералы из более глубоких, чем в лесной почве, слоев профиля, в результате такого обогащения наблюдается сближение минералогического состава гумусового горизонта и остальной части профиля. В пахотном горизонте четко выделяется гидрослюда, отмечается присутствие набухающей смешаннослойной фазы. Эти изменения в минералогии благоприятно сказываются на агрономических свойствах почвы: растет емкость ка-тионного обмена, обеспеченность пахотного горизонта калием.

Органическое вещество почв.

Распределение органического вещества в целом и отдельных его компонентов по профилю мы будем называть гумусовым профилем почвы ( Дергачева, 1984,1989).

Гумусовый профиль лесной поверхностно-элювиальнс-глееватой почвы на ленточных глинах характеризуется резко убывающим распределением гумуса ( рис.1,р.З). Содержание органического углерода в А1 высокое (9.1%). Большую часть органического вещества (ОВ) в этом горизонте составляет грубый гумус. Органическая часть занимает значительный объем, будучи при этом слабо связана с минеральной, что показывают и визуальные наблюдения ( рыхлое сложение, непрочно-комковатая структура), и невысокое содержание ГК ( гуминовых кислот) и ФК (фульвокислот) третьей фракции ( прочно связанных с минеральной частью почвы) - не выше 10 % от общего содержания органического углерода (С).

По абсолютному содержанию в профиле доминируют ФК. ГК не проникают глубже 25 см. Тип гумуса гуматно-фульватный. Преобладающей фракцией ГК является первая, ГК-2 мало.

Отношение' С:Я в большинстве горизонтов показывает низкую обогащенность гумуса азотом. Запас гумуса в метровой толще - 175 т/га, довольно низкий ( при этом не учитывается запас органического вещества в подстилке).

Окультуренный аналог этой почвы отличается следующими особенностями. Содержание органического углерода в верхней части

профиля ниже (3,43 %), но общий запас гумуса выше вследствие большей плотности верхнего горизонта и проникновения более значительных количеств гумуса в глубину профиля, т.е. более плавного его распределения ( рис.1,р.7). Гумус прочнее связан с минеральной частью, что отражается в комковато-зернистой структуре пахотного горизонта ( в формировании которой он участвует наряду с кальцием) и в более высоком содержании гуминовых и фульвокислот третьей фракции.Тип гумуса в пахотной толще фульватно-гуматный. В гумусоаккумулятивной части профиля преобладают ГК, а среди них -ГК-3. На максимальную глубину проникают, однако, ГК-2.

В агроземе на ленточных глинах гумусовый профиль приобретает наиболее плавные очертания ( рис 1,р.1). Содержание органического углерода 3-5 % поддерживается во всей пахотной толще, т.е. до глубины 44 см. В гумусоаккумулятивной части преобладают ГК-2. Отношение С ГК/С ФК в пахотной толще колеблется от 1,44 до 1,91 ( тип гумуса фульватно-гуматный). Запас гумуса оценивается как высокий { 354 т/га в метровом слое).

Рассмотрим почвы, сформированные на моренных суглинках. Гумусовый профиль окультуренной почвы на этой породе близок к тому, который описывался выше для лесной почвы на ленточных глинах (рис.3,р.5). Гумус имеет резко убывающее распределение: только в верхних 30 см содержится 3.35-3.55 % С, ниже - 0.3 % и менее. ГК и ФК представлены в гумусоаккумулятивном слое примерно поравну. Среди ГК нет четко преобладающей фракции. В нижней части профиля 0В состоит в основном из ФК и негидролизуемого остатка (НО). Высокое содержание НО является особенностью этой почвы. Отношение С ГК/С ФК в пахотной толще около 1. Запас гумуса средний ( 27 5 т/га в 100см).

В высококультуренной почве на моренных суглинках гумус распределен гораздо более плавно и содержится в больших количествах, чем в менее окультуренном аналоге (рис.3,р.4). Гумусоаккумулятив-ная часть профиля захватывает верхние 50 см. Преобладающей фракцией в верхних 40 см профиля являются ГК, ниже - ФК. Среди ГК ведущая фракция - ГК-3. По всему профилю довольно велика цифра НО. Отношение С ГК/С ФК в пахотной толще колеблется от 1.2 до 1.0. Высокоокультуренная почва на моренных суглинках отличается очень высоким запасом гумуса и наиболее высокой среди рассматриваемых почв обогащенностью его азотом.

Окультуренная почва на озернс-ледниковых песках так же, как и окультуренная почва на меренных суглинках, имеет гумусовый профиль, близкий к таковому целинной почвы ( рис.2,р.6). Причем содержание органического углерода в пахотном слое здесь еще ниже (1.5-1.8 %), а падает оно еще резче, т.к. мощность пахотного слоя всего 25 см. Гуминовые кислоты присутствуют только в пахотном слое, но и здесь преобладают ФК. Среди ГК по абсолютному содержанию отчетливо лидируют ГК-1, чего не наблюдалось в уже рассмотренных нами почвах. Среди ФК преобладают ФК-1 и 1а. ФК-2 и 3 содержатся в незначительных количествах только в гумусоаккумулятив-ном слое. Содержание НО невысокое. Отношение С ГК/С ФК в пахотном слое - 0,6 (тип гумуса - гуматно-фульватный). Запас гумуса низкий ( 126 т/га в метровом слое).

Гумусовый профиль агрозема остаточно-ортзандового, сформиро-ваного на песках, основной спецификой обязан горизонту ортзанда, служащему препятствием для миграционных процессов в профиле (рис.2,р.2). Органическое вещество концентрируется над этим барьером: его содержание возрастает от 3.25 % в верхней части пахотной толщи до 4.88 % в нижней ее части, а в иллювиально-железистом горизонте, лежащем непосредственно под ней, уже падает до 0.24 % и ниже по профилю еще снижается. Преобладающей фракцией ОВ на всем протяжении профиля остаются ФК. Среди ГК, как и в предыдущем случае, доминируют ГК-1. Обращает на себя внимание высокое содержание ФК-1а. Отношение С ГК/С ФК в верхней части пахотного горизонта - 0.9, ниже она опускается до 0.8-0.7. Запас гумуса средний ( 327 т/га).

Обобщая вышеизложенное, можно усмотреть как общие тенденции изменения гумусового профиля почв в связи с их окультуриванием, так и генетическую специфику,во многом обусловленную почвообразу-ющей породой. По мере окультуривания увеличивается запас органического вещества в почвенном профиле, его распределение становится более плавным, возрастает доля гуминовых кислот в его составе и глубина их проникновения по профилю. Увеличивается содержание гуминовых кислот второй фракции ( связанной с кальцием). Уменьшается содержание фульвокислот фракции 1а, по крайней мере, в пахотных горизонтах. Доля гуминовых и фульвокислот третьей фракции, связанных по преимуществу с глинистыми частицами, во многом зависит от гранулометрического состава почвы и, соответственно, поро-

и

ды. Наблюдается также положительная корреляция между распределением в профиле илистых частиц и негидролизуемого остатка .

Содержание элементов питания растений.

Азот. Запасы азота в профиле закономерно возрастают по мере окультуривания почв. Наименьшими запасами валового азота отличаются, естественно, песчаные почвы. Высокая степень окультуреннос-ти приводит, однако, к увеличению запасов азота и в этих почвах (10 т/га в 50см слое в агроземе по сравнению с 7 т/га в менее окультуренном аналоге). Наибольшими запасами азота отличаются почвы на моренных отложениях, • в высокоокультуренной почве запас азота достигает 24 т/га в 50- и 27 т/га в 100-сантиметровом слое. Почвы на ленточных глинах занимают по этому показателю промежуточное положение: в окультуренной почве запас азота составляет 8 т/га в 50 и 10 т/'га в 100см, а в агроземе - соответственно - 12 и 16 т/га. Запас азота в окультуренной почве на песках (около 7 т/га) близок к таковому в лесной почве на глинах (6-8 т/га, в зависимости от мощности рассматриваемого слоя). Содержание азота в верхней части профиля тесно связано с содержанием органического углерода, в этой области сосредоточены основные запасы азота. В песчаных почвах ниже пахотной толщи содержание азота очень низкое, поэтому для песчаных почв отмечается наименьшая разница между запасами азота в метровой и полуметровой толще.

Фосфор.Все исследованные нами окультуренные почвы имеют высокую обеспеченность пахотного и подпахотного горизонтов фосфором , достигнутую в результате многолетнего внесения высоких доз удобрений ( содержание фосфора в вытяжке Кирсанова - 30-60 мг/100 г почвы). В суглинистых почвах прослеживается корреляция между валовым содержанием фосфора и рН, а также содержанием органического углерода. Содержание подвижного фосфора в вытяжке Кирсанова связано также с рН и проявляет значительную отрицательную корреляцию с содержанием частиц менее 0.01мм. В окультуренных почвах наблюдается увеличение общего запаса фосфора, особенно выраженное в верхней части профиля. Подвижный фосфор накапливается в верхней части пахотного слоя или сразу под ней.

Калий. Почвы на ленточных глинах и моренных суглинках характеризуются высоким потенциальным резервом калия, что объясняется их минералогическим и гранулометрическим составом. Вследствие значительного содержания в них илистой фракции, в которой кон-

центрируется калий, ближний резерв по этому элементу также высок. Окультуренные почвы на ленточных глинах имеют также Еысокое содержание подвижного калия в пахотном горизонте ( около 40 мг/100 г почвы). Среди почв на моренных суглинках высокоокультуренная почва имеет очень высокое содержание подвижного калия в пахотном горизонте (40-60 мг/100 г), а менее окультуренная почва, напротив, испытывает недостаток подвижного калия ( всего 8 мг/100 г). Песчаные почвы , как правило, менее обеспечены калием, чем суглинистые, что подтверждает низкое содержание подвижного калия в аг-роземе на песках ( 4 мг/100 г в пахотном слое).

ВЫВОДЫ.

1. Ведущими факторами почвообразования на территории При-невской низины являются литологический и антропогенный.

2. Приневская низменность отличается сложным и разнообразным по составу и соотношению компонентов почвенным покровом. Преобладающие почвенные комбинации - пятнистости дерново-подзолистых почв разной степени опсдзоливания и оглеения и серии дерново-по-верхностно-элювиально-оглеенных почв. Автоморфные почеы имеют ограниченное распространение.

3. Почвы наследуют гэсхимические особенности пород, на которых они сформированы, поэтому почвы на ленточных глинах содержат наибольшие количества цинка, меди, хрома и никеля. Песчаные почвы отличаются наименьшим содержанием этих элементов. В то же время цирконий, мышьяк, свинец и стронций з разных почвах содержатся в сходных количествах.

4. Даже в высокоокультуренных суглинистых и глинистых почвах верхняя часть профиля является зоной выноса оксидов железа, алюминия, магния, а также тонкодисперсных частиц. В окультуренных песчаных почвах верхняя часть профиля, наоборот, обогащается частицами илистой фракции и оксидами железа.

5. Во всех почвах по мере окультуривания растет рН и сумма обменных катионов б верхней части профиля. Однако, абсолютная величина этой суммы зависит от особенностей породы, на которой почва сформирована.

6. По мере окультуривания растет запас органического вещества в профиле почв. В пахотной толще увеличивается доля гуминовых кислот ( и в частности, второй их фракции), снижается содержание

фульвокислот фракции 1а.. Вместе с тем, органическое вещество окультуренных почв сохраняет исходную генетическую специфику. Так, наиболее ярко изменения органического вещества, связанные с окультуриванием, проявляются в почвах на ленточных глинах (максимальное отношение С ГК/С ФК, содержание ГК-2). В наименьшей же степени эти изменения затрагивают песчаные почвы, даже в выссхоо-культуренной почве на necx&x преобладают так называемые "подвижные" фракции.

7. По мере окультуривания увеличивается содержание элементов питания растений в профиле почв. Наибольшей обеспеченностью азотом отличаются почвы на моренных суглинках, калием - почвы на ленточных глинах, фосфором - почвы на песках.

8. Проведенные исследования позволяют считать наилучшими критериями окультуренности почв мощность органогенного горизонта, запасы гумуса и азота , коэффициент накопления кальция в верхней части профиля по отношению к породе, отношение С ГК/С ФК в верхней части профиля почв.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Бахматова К.А.Изменение свойств почв на ленточных глинах при их сельскохозяйственном использовании.// Тезисы докладов Второго съезда общества почвоведов , Санкт-Петербург, 1996, кн.2. С.15-16.

2. Бахматова К.А. Влияние почвообразующих пород на агроген-ные изменения почз Приневской низины (Ленинградская область).// Тезисы докладов Международной конференции "Проблемы антропогенного почвообразования", Москва, 1997, т.1. С. 15-18.

3. Бахматова К.А. Состав органического вещества почв в зависимости от степени их агрогенной трансформации (на примере ряда почв Приневской низменности).// Сб. научных трудов СПбГАУ "Гумус и почвообразование", Санкт-Петербург -Пушкин, 1997. С. 44-53.

4. Матинян H.H., Бахматова К.А. Почвенный покров Приневской низменности и его экологическая оценка. // Вестник СПбГУ. В печати .

Автор выражает глубокую благодарность своему учителю Н.Н.Матиня! и научному руководителю И.Н.Донских. Автор искренне признателен всем кто оказал содействие в осуществлении работы, а именно: всем сотрудни кам лаборатории географии почв БиНИИ, сотрудникам лаборатории биохими: почв БиНИИ Н.В.Ковш и М.А.Надпорожской, преподавателям кафедр почвове дения СПбГАУ и СПбГУ, заведующей отделом аспирантуры СПбГАУ Е.Н.Игна товой, заведующему лабораторией рентгеновского анализа НИИ ЗК Э.А.Гой ло и его сотрудникам, сотруднику Почвенного института С.Е.Сорокину работникам Агрохимцентра "Ленинградский".

Работа выполнена при поддержке РФФИ.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Бахматова, Ксения Арнольдовна, Санкт-Петербург

Aj

¿J

!

4

M

4

S

V

OS

V

V ч

4¡ r0

s

N

ÎK §

S

м

S

<v

2% , ,

Í7 -i!

Ni

\ 4>

s

C\

4

4»

4 4i

3 I i

к

4J t)

3

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Бахматова Ксения Арнольдовна —"

АГРОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ПРИНЕВСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

(специальность 03.00.27 - почвоведение)

] Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор И.Н.Донских, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник H.H.Матинян

Санкт-Петербург - Пушкин 1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

С.

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

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР..................................................................И

ГЛАВА 2. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ......................................................24

2.1. Геологическое строение и история развития рельефа. 24

2.2. Гидрологические особенности района..............................29

2.3. Почвообразующие породы......................................................31

2.4. Климат......................................................................................40

2.5. Антропогенный фактор..........................................................41

ГЛАВА 3. ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ..............................51

3.1. Структура почвенного покрова..........................................51

3.2. Геохимические особенности почвенного покрова..........62

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ................................................................73

4.1. Морфологическое строение и физические

свойства почв.......................................73

4.2. Физико-химические свойства почв....................................97

4.3. Валовой химический состав почв. Минералогический состав почв на ленточных глинах....................................111

4.4. Органическое вещество почв..............................................126

4.5. Содержание элементов питания растений........................150

4.5.1. Азот..................................„-г-.............151

ч

4.5.2. Фосфор.........•................................ 159

4.5.3. Калий.............................................167

ВЫВОДЫ...................................................... 171

ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................174

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................................................195

ВВЕДЕНИЕ

Приневская низменность - равнинная территория, лежащая между Финским заливом и Ладожским озером. История ее формирования связана с абразионно-аккумулятивной деятельностью поздне- и послеледниковых бассейнов, обусловившей разнообразие встречающихся здесь почвообразующих пород. Важной особенностью Приневской низменности является то, что большую часть ее площади занимает город Санкт-Петербург и работающие на него промышленные и сельскохозяйственные предприятия. Это обусловливает значительную роль антропогенного фактора в генезисе почв низины на протяжении вот уже трех столетий.

Особенности почв этой территории находили освещение в работах Р.В.Рисположенского (1908), Л.И.Прасолова (1922), Н. Л.Благовидова (1946), М.Н.Владимировой (1973), "Почвы Ленинградской области"(1973), Н.Г.Орельской (1974), А. В. Козлова (1975), А. В. Литвиновича (1985), Э.И.Гагариной, Н.Н.Матинян и др. (1995) и ряде других.

Цель нашей работы заключается в том, чтобы, с одной стороны, дополнить и в некоторых аспектах углубить существующие сведения о почвах и почвенном покрове Приневской низины, а с другой стороны, - на примере этой территории проследить различия в воздействии процесса окультуривания на почвы разного генезиса . Эти различия мы оцениваем по их результату, т.е. по тому отражению, которое они находят в строении и свойствах пахотных почв, исходно генетически различных.

Ввиду сравнительной однородности рельефа низины разнообразие почв здесь обусловлено прежде всего литологическим фактором, с которым связаны не только химический состав и физические свойства почв, но и их влагообеспеченность. В условиях холодного гумидного климата и слабой

дренированности территории неоднородность сложения и различная водопроницаемость пород играет большую роль в перераспределении влаги, которое, в свою очередь, оказывает влияние на почвы и процессы, в них протекающие.

Высокая степень сельскохозяйственной освоенности почв низины и значительная роль литологического фактора в формировании почвенного покрова территории объясняют постановку центральной задачи нашего исследования: дать комплексную характеристику пахотных почв Приневской низины, сформированных на контрастных породах - ленточных глинах, моренных суглинках и озерно-ледниковых песках.

В задачи исследования входило также:

1. Проанализировать факторы, определяющие свойства почв и структуру почвенного покрова территории.

2. Определить количественные параметры структуры почвенного покрова Приневской низины на основе имеющихся почвенно-картографических материалов.

3. Установить геохимические особенности почвенного покрова территории и почв, сформированных на разных породах.

4. На основании сравнительного анализа установить черты сходства и различия в строении и свойствах антропогенно преобразованных почв на разных породах.

5. Установить критерии окультуренности, применимые для почв, сформированных на контрастных породах.

В качестве наиболее важной с точки зрения сельского хозяйства и характерной в отношении почвенного покрова выбрана центральная и южная часть Приневской низины, относящаяся к обширной второй террасе.

Для глубокого изучения свойств почв заложено 7 опорных разрезов, расположенных на линии, пересекающей низину с севере на юг на уровне

примерно 30°33'восточной долготы. 6 разрезов выполнено на пашне и 1 -на почве под лесом. Три разреза характеризуют почвы на ленточных глинах: лесная дерново-поверхностно-элювиально-слабоглееватая (дерно-во-неглубокоподзолистая поверхностно-слабоглееватая) - р.З , агродер-ново-поверхностно-элювиально-глееватая (окультуренная дерново-мелкоподзолистая поверхностно-глееватая) среднесуглинистая - р.7, агрозем текстурно-дифференцированный глееватый среднесуглинистый (высокоокуль-туренная почва) -р.1. Два разреза представляют почвы на водноледнико-вых песках: агроальфегумусовая (окультуренная дерново-подзолистая ил-лювиально-железистая супесчаная) - р. 6, агрозем альфегумусовый (иллю-виально-железистый) глееватый супесчаный - р.2. Почвы на моренных суглинках: агродерново-глубокоподзолистая глееватая (окультуренная дерново-глубокоподзолистая глееватая) среднесуглинистая - р. 5, агродерново-глубокоподзолистая среднесуглинистая высокоокультуренная почва (вы-сокоокультуренная дерново-глубокоподзолистая) - р.4. Наименования почв даются в соответствии с двумя классификациями : "Классификация и диагностика почв СССР"(1977) и "Новая классификация почв России" (1996). При этом для почв р.6 и 7 не удалось найти точного соответствия в подразделениях новой классификации, поэтому новые названия даны приближенно. В описаниях разрезов, даваемых в главе 4, в скобках приведены обозначения генетических горизонтов в соответствии с "Новой классификацией почв России". Автор приносит свои извинения за возможные накладки, связанные с применением двух классификаций, при том, что сравнительное изучение столь глобальных таксономических систем не входило в задачу нашей работы.

Полевые наблюдения и отбор образцов почв ( в количестве 60 штук) проводились летом 1994 года. Одновременно осуществлялся отбор проб для определения плотности сложения почв с использованием цилиндра объемом

о

100 см ( по Н.А.Качинскому, 1965) и образцов с ненарушенным сложением для изготовления шлифов и дальнейших микроморфологических исследований.

Влажность почв была определена термостатно-весовым методом; плотность твердой фазы пикнометрически; гранулометрический состав почв по Качинскому с применением пирофосфата натрия; рН водной и солевой суспензий - потенциометрически. Общее содержание органического вещества, а также его групповой и фракционный состав были определены по методу Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой (Пономарева, Плотникова, 1980). Гидролитическая кислотность определялась по Каппену, обменные основания - по Гедройцу, подвижные соединения фосфора и калия - в вытяжке Кирсанова ( Аринушкина, 1970). Валовой химический и микроэлементный состав почв и тонкодисперсной фракции определялся рентгенофлу-оресцентным методом. Валовое содержание азота и фосфора определялось по методу Кьельдаля. Расчетными методами были установлены: общая по-розность, степень насыщенности почвенно-поглощающего комплекса основаниями, запасы гумуса и азота в почвенном слое определенной мощности, резервы минерального питания растений по Горбунову. Для расчета параметров гумусного состояния почв применялись формулы, приведенные в учебнике "Практикум по химии гумуса" Д.С.Орлова и Л.А.Гришиной (1981). Так были рассчитаны:

- обогащенность гумуса азотом - атомное отношение С:1М%С / %Ю*1.17; -содержание гумуса по содержанию органического углерода - домножением на коэффициент 1.72;

-запасы гумуса и азота в почвенном слое: От*Н*(1, где Ц - запасы гумуса или азота (т/га) для почвенного слоя Н, ш - процентное содержание определяемого компонента, Н-мощность почвенного слоя (см), (1 -объемный вес почвенного слоя.

Оценка гумусного состояния почв проводилась также в соответствии с критериями, предлагаемыми Д.С.Орловым и Л.А.Гришиной (1981).

Корреляционный анализ производился на компьютере GAMIK при помощи пакета прикладных программ STATGRAPHICS ( программный продукт фирмы Manugisties., Inc., 1992).

Минералогический состав илистой фракции почв исследован путем рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН-2 ( кобальт-монох-роматор). Илистые фракции извлекались отмучиванием по методике Н.Н.Горбунова ( 1963). Расшифровка дифрактограмм проводилась под руководством сотрудников рентгеновской лаборатории НИИ ЗК с использованием "Справочника межплоскостных расстояний" Гиллера.

Все анализы, за исключением рентгенфлуоресцентного, проводились лично автором. Кроме собственных данных, в диссертации использованы материалы крупномасштабного почвенно-геохимического картирования, выполненного лабораторией географии почв в 1982 году. При этом на готовых крупномасштабных почвенных картах были выбраны ключевые участки, для которых осуществлена количественная характеристика почвенного покрова ( ПП) и рассчитаны следующие параметры. Для характеристики кон-турности участка использовали среднюю площадь контура - элементарного почвенного ареала (ЭПА) X, вычисляемую по формуле ( Фридланд, 1972):

'АС

Z-Si

ы (1)

X =--------- ,

к

где Si- площадь контура, га, к - число контуров.

Сложность почвенного покрова определяли с помощью следующих параметров.

В качестве показателя, отражающего пространственную дифференциацию ( пестроту) ПП, использовали величину, предложенную Я.М.Годельма-ном (1969) - индекс дробности, определяемый по формуле:

к

ИД =----------, (2)

к

где к - число контуров на участке,

- площадь контуров участка, га.

Для характеристики расчлененности ПП участка использовали адаптивный коэффициент расчленения для почвенной комбинации ( КРпк), предложенный Т.А.Романовой и др. (1983):

п

г-ь

КРпк =----------, (3)

Б

п

где ^ ■ Ь ~ сумма длин границ всех почвенных контуров, 1=1

Б - площадь почвенной комбинации.

Интегральным показателем, характеризующим не только пестроту ПП, но и характер его геометрического строения, или расчленения, служит коэффициент сложности (КС), предложенный В.М.Фридландом ( 1972):

КРпк •( А - Э тах) КС=-------------------, (4)

где КРпк - коэффициент расчленения участка, А - площадь участка, га,

Бшах - площадь наиболее крупного контура, га, 8 - средний размер контура, га. Для определения степени контрастности ( в баллах) почв на ключевых участках были составлены три монофакторные шкалы контрастности -генетическая, мелиоративная и по почвообразующим породам. Конкретная степень различия почв внутри ключевых участков определялась как алгебраическая разность баллов. Шкалы контрастности даются в приложениях.

Степень контрастности ПП ключевого участка определяли по формуле Ю.К.Юодиса (1967):

ах + Ьу + сг+.....

к=---------------------1 (5)

20

где К - коэффициент контрастности ПП по определенному признаку, а, в, с площади почв. ( в % от общей площади участка), х,у,г...- степень контрастности соответствующих почв по отношению к доминирующей почве, определенная по составленным шкалам.

Сложность и контрастность ПП участка определяют степень его неоднородности. Индекс неоднородности (ИН), являющийся наиболее интегральным показателем структуры ПП, предложен В.М.Фридландом и определяется по формуле:

ИН= Кк • КС, (6)

где Кк - суммарная контрастность ПП участка, КС - коэффициент сложности ПП участка.

Автор выражает глубокую благодарность своему учителю Н. Н.Матинян и научному руководителю И.Н.Донских. Автор искренне признателен всем,

кто оказал содействие в осуществлении работы, а именно: всем сотрудникам лаборатории географии почв БиНИИ, сотрудникам лаборатории биохимии почв БиНИИ Н.В.Ковш и М.А. Надпорожской, всем преподавателям кафедр почвоведения СПбГАУ и СПБГУ, заведующей отделом аспирантуры СПбГАУ Е.Н.Игнатовой, ззаведующему лабораторией рентгеновского анализа НИИ ЗК Э.А.Гойло и его сотрудникам, особенно Е.Н.Котельниковой и Н.Степанову, сотруднику Почвенного института С.Е.Сорокину. Автор благодарит руководство Агрохимцентра "Ленинградский" и сотрудников Центра А.А.Короле-яко и 0.Н.Гармаша за предоставление материалов агрохимического картографирования района исследований.

- И -

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПРОБЛЕМА КЛАССИФИКАЦИИ ОКУЛЬТУРЕННЫХ

ПОЧВ.

Процессы, протекающие в профиле пахотных почв, отличаются от тех, Н.Л.Благовидов (1954) говорил об интерзональном культурном процессе, протекающем в профиле окультуренных почв. Главной составляющей этого процесса, по его мнению, является аккумуляция во все возрастающем объеме почвы органического вещества, оснований, элементов питания. Культурный процесс приводит к формированию нового генетического типа почв - культурно-аккумулятивного.

Г.И.Григорьев и А.С.Коновалова (1963) показали, что для дерново-подзолистых почв средней степени окультуренности характерно выравнивание внутренних свойств почв разной степени оподзоленности, что указывает на выравнивание условий почвообразования по мере роста окультуренности. Окультуривание почв подзолистого типа, независимо от подзональных и провинциальных различий, приводит на высшей стадии к формированию почв, аналогичных природным почвам дернового типа (Коновалова, 1967). Соответствие процесса окультуривания оживлению дернового процесса отмечал и В.А.Болотов (1965). Ф.И.Левин (1972, 1983) утверждал, что в окультуренных почвах подзолистый процесс постепенно слабеет и нарастает культурный процесс почвообразования, сущностью которого является образование мощного, богатого гумусом гуматного типа, структурного и биологически активного пахотного слоя, с емким, насыщенным основаниями (Са) почвенно-поглощающим комплексом и благоприятными для культурных растений водно-воздушным, тепловым и пищевым режимами.

Окультуривание почвы - процесс организации почвенной массы в со-

ответствии с требованиями растений, окультуренность почв - степень приспособленности их к возделыванию сельскохозяйственных культур. Культурный почвообразовательный процесс существенно отличается от природного, деятельность человека в нем - главный фактор. Процессы культурного почвообразования, как и природные, зональны, однако вследствие однородности требований земледельцев пахотные почвы приобретают сходные черты, прежде всего - наличие пахотного слоя. Пахотные горизонты почв разных типов более сходны, чем их верхние горизонты в естественном состоянии, однако сохраняют типовое своеобразие, а в подпахотной части оно остается даже при длительном и интенсивном окультуривании (Семенов, 1975,1983). Нормализация агрохимических показателей характерна, по-видимому, для первого этапа окультуривания. На качественно новой ступени окультуривания, характеризующейся повышенной интенсивностью уровня агротехники и внесением высоких доз органических удобрений, когда агрохимические показатели уже достигли оптимальных величин, почва продолжает окультуриваться преимущественно за счет изменений в гумусе (повышение запасов и улучшение качественного состава (Семенов и др., 1975).

Б.А.Никитин (1986) наблюдал в пахотных дерново-подзолистых почвах следующие элементарные почвообразовательные процесы (ЭПП): гумусо-ак-кумулятивный ( культурно-дерновый), антропогенное внесение веществ, перемешивание пахотного слоя, вынос водорастворимых веществ, лессиваж, элювиально-глеевый процесс, вынос веществ с урожаем. В целом, по его мнению, в почвобразовании окультуренных почв аккумулятивный процесс доминирует над элювиальным. Вследствие этого его направление противоположно подзолообразовательному процессу и его следует называть культурным процессом.

Вместе с тем. Г.В.Добровольский (1988) подчеркивает, что даже в

оптимальных условиях, т.е. в культурных почвах