Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭЛЕМЕНТЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКОГО ЦИКЛА АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ АГРОЛАНДШАФТАХ И ИХ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ-АНАЛОГОВ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ЭЛЕМЕНТЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКОГО ЦИКЛА АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ АГРОЛАНДШАФТАХ И ИХ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ-АНАЛОГОВ"

А

МОСКСБСКІЇ-І СРДЕНА ЛЕКШ, СРДЕНА СлТЛЕРЬСІКОк ГЕЗСЛдЗГ И СРДЕНА ТРУДОЗСГС КГАСНСГС ЕЕ'ь.ЛЙ

государствен; ункзлРСїпіт имени :.кз.лс;хкссозл

Факультет ПОЧВОБЄДЄНІІЯ

На правах рукописи

ТРШІлЕКНЕРГ Татьяка Петровна

У£К 631.416.1:581.133:631.445.а/474.5/

аШ.іЕНТі: КСГЗСШ^ГЧЗСНСГО ЦГХІА АЗСТА З ДТІРНОБС-ПОПЙСЖСТІІХ ССГПА:: АГТОЛАЩ^ТСЗ К Еспстзлкни:;

^ДПШТОЗ-АЬЛЛОГСЕ /НА ПРЮРЕ ЛГ'.ЇСЗСКСГС ІІАІЗ'СНАЛЬКСГО -рАШВЕЛКПЇЛ/

Специальность C3.CO.27 - почвоведение

АЗТСрг-ЇЕРАТ

диссертации на соискание ученой степені; кандидата биологических наук

Москва - І£(іО г.

Работа выполнена на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения Московского государственного университета имени Н.В.Ломоносова.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Л.А.Гришина

доктор биологических наук ШН.Башкин

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук В.Н.Кудеяров кандидат сельскохозяйственных наук И.Е.Королева

Ведущее учреждение: Ленинградский сельскохозяйственный институт.

Защита диссертации состоится "15" мая 1990 г. в 15 ч.ЗО мин. в аудитории М-2 на заседании специализированного совета К 053.05.16 в МГУ им.М.Б.Ломоносова: ІІ9899, Москва, ГСП, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан " ¿^уЬи^ 1990 г.

Приглашаем Бас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета, а отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: ІІ9899, Москва,ГСП, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

-"■Л :- .., ■■ VI'

Г.В .Мотузова

Общая характеристика работы

Актуальность теми. Стремление к получению максимальной биопродуктивности агроландшафтов (максимальной урожайности культур в агроцедозах) приводит к тому* что при этом в (большинстве почв ощущается недостаток многих биофильных элементов. Этот недостаток устраняется внесением минеральных удобрений, которые становятся все более мощным геохимическим фактором, воздействующим на природные биогеохимнческие циклы элементов. В наибольшей степени это касается азота. Высокая миграционная способность, физиологическая и биогеохимическая активность азотных удобрений и их остатков в условиях интенсивного систематического применения приводит к перестройке биогеохимического круговорота не только азота, но и. большого числа других химических элементов.

Следовательно, весьма важно определить слагаемые биогеохями-ческого цикла азота, также как и ряда других элементов, находящихся в условиях интенсивного антропогенного стресса.

Методологической основой такой оценки должно быть сопряженное изучение биогеохимиче ского круговорота элементов в агролаяд-шафтах и их естественных ландшафтов-аналогов, что позволит оценить меру траясфорыированности различных циклов.

Изучение биогеохимических циклов следует провощіть в профиле почвенно-геохимических катен, поскольку влияние вносишх в агроценозы агрохимикатов не замыкается юс рамками, а распространяется на все компоненты агроландшафтов - почвы, поверхностные и грунтовые вода, растительность. Необходимо также учитывать местоположение данного агроценоза; в какой позиции рассматриваемой катени (элювиальной, трансаговиал ьяой, трансэлюшальяо-аккуыуля-тивной или супераквальной) он находится. Большое значение имеют фоновые условия, т.е. с^щестцует ли техногенное загрязнение,

связанное с воздушным переносом, какова степень освоенности территории я другие факторы.

Б связи с налаженным представляется крайне необходимым к актуальным изучение различных элементов ЕГХ цикла азота в поч- -вах агроландвафтов и их естественных лацщафтов-аналогов.

Завдчя ис-лдвдп1прядр

1. Дать сопряженную оценку изменения $вэических к физико-химических показателей дерново-подзолистых почв в профиле почве нно-геохимиче ской катены.

2. Оценить сезонную и пространственную вариабельность содержания углерода* общего азота и его подеикных $0{н в исследуема почвах агроландшафтов и их естественных аналогов*

3. Изучить количественные показатели аэотмшерализупцей способности дерново-подзоди стых почв как интегрального показателя направленности процессов трансформации азота в почве.

4. Изучить в условиях экспериментальных наблюдений, индикаторную роль растений в БПС круговороте веществ.

5. Оценить химический состав природных вод и атмосферных осадков как звеньев бвогеопвлгческого цикла азота.

Научная новизна» В ходе изучения элементов биогеохимического цикла азота впервые были даны количественные критерии слагаемое ИТ цикла азота, включая оценку величин» азотминераяизупцей способности почв в сопряженных ландшафтах в почвенно-геохимиче ской катене, представленной дерново-подзолистыми почвами

Практическая значт^??'*'- Полученные количественные закономерности миграции азота в почвенио-геохимических катенах могут быть положены в основу обоснования и перераспределения доз азотных удобрений в зависимости от элементарного ландшафта.

Диссертация апробирована на заседании кафедр! общего почво-

ведения факультета почвоведения ИГУ 12 марта 1990 годе.

Структура и объем диссертации. Диссестадия состоит из введе. вия, Ц- глав, выводов, Материалы диссертации изложены ва страницах машинописного текста (в том числе таблиц -Л4Г, рисунков -Jo ), Список литература включает 42$ работ ва русском языке и 13 на иностранных языках.

Объект в методы исследования

Полевые исследования были выполнены в 1987-1986 годах.

Объектом исследования послужили освоенные дерново-подзолистые почвы агролавдшафта в профиле почвенно-геохимической катены от трансэлювиального к травсэлювиально-аккуыулятивному лаащиаф-ту и нллгвиально-желеэиото-гумусоше подзолы сосняка и ельника, приуроченные к элюшальяому и трансэлювиальному ландшафту. Территория Литовского национального заповедника, на которой расположены исследуемые почвы, представляет собой удачный объект для исследования, т.к. расположена впали от промышленных предприятий в находится вне зоны их пряного воздейстшя, во в то же время на пути атмосферных переносов западного и г го-западного направленна из зарубежных промышленных регионов, что усиливает актуальность данной работы, поскольку одновременно было исследовано возможное влияние как агрогенных, так s техногенных факторов ва биогеохимический шкл азота (Коввд,1985; Розанов, 19Й; Добровольский, Гришина,1985),

Дозы применяедах в агроландшафтах агрохимикатов: 1987 год, овес - A^vof50%0' *90S гол» ячмень - ЫДозы извести при периодическом известковании 4-5 т/га. Кроме того, в осенне-зимний период 1987-1988 тт. было внесено 20 т/га навоза.

В работе применен широкий набор хими^Ьких и инструментальных методов исследования почв, природных вед* растений. Основные

результаты обработаны методам! математической статистики (Дмит-риевД9?2).

Результаты исследований

Характеристика Физических и Физико-химических показателей

почв

Общая характеристика почв была сделана на основе анализе гигроскопической влажности, объемного веса, гранулометрического состава, водной, солевой и гидролитической кислотности, степени насыщенности основаниями. Приведенные величины кислотности и обменных оснований, юс изменение в зависимости от позиции•в профиле почвенно-геохимической катены показали, что они в значительной степени М017Т влиять на поведение азота в исследуемых почвах, определяя направленность ряда процессов азотного цикла, например, минерализации и иммобилизации, ,так же как и других.

Выяснено, что исследуемые дерново-подзолистые почвы агроценозе имеют диапазон колебания кислотноста от слабокислой до нейтральной и даже до слабощелочной. Почва трансэлюшального ландшафта отличается более высокими значениями рН и большей степенью насщенности основаниями, чем почва тренсэлюшально-ажкукулятив-ного ландшафта. Сильнокислой реакцией среды и низкой степенью насыщенности основаниями отличаются почвы лесных аналогов, особенно в подподстилочяом горизонте почв сосняка = 3,1-3,2), элювиального ландшафта.

Следовательно, в результате сельскохозяйственного использования; распашки, внесения удобрений, выращивания с/х культур, запахивания в почву пожнивных остатков, т.е. смены природного процесса на культурный, произошло существенное изменение физико-химических свойств подзолистых лочв в сторону их улучшения -уменьшения кислотности и увеличения степени насыщенности осяова-

ниш, причем обменные основания представлена в основном кальцием (80$), зате« магнием и менше калием.

Определение гранулометрического состава почв проводилось методом Качинского. Профильные диаграммы, составленные для каадого разреза, дают наглядное представление о нем на вс® изучаемую глубину^ Видно, что в гранулометрическом составе исследуемых почв преобладают фракции леска, особенно мелкого (до 80£). Содержание ила (частиц менее 0,001 мм) незначительно, примерно 1-4$. Несколько больше ила отмечено в почвах трансалювиального ландшафта разреза № 2 до 7-10?. Дерново-подзолистая почва трансалювиалвно-ак-кумулятишого ландшафта (разрез $ 4) отличается от других преобладанием в гранулометрическом составе фракции крупной пыли (до 15£) и минимальным содержанием фракций крупного и среднего песка. Такой механический состав определяет в значительной степени миграционные лотоки в почвенно-і'еохямйческях катенах и появление ряда' бкогеохимических барьеров в данном элементарном ландшафте.

- На основания полученных данных можно сделать следущий вывод: исследуемые ночи) агроценоза имеют песчаный гранулометрический состав, хорошо аэрируемы и водопроницаем, рыхлые н в этом смысле имеют благоприятные услошя для произрастания растений, однако, питательные вещества не задерживаются в верхних горизонтах, легко вымываются и мигрируют вниз по профшш в нижележащие горизонты, что обусловливает их дефицит.

Оценка сезонного и пространственного изменения содержания углерода, азота и его пслвияных сЬорц

Содержание углерода в исследуемых почвах очень нлэкое, поэтому ях можно назвать слабоокультуренныш или освоенными. Пахотный горизонт деряово-псдэолистой почвы трансэлюшального ландшафта в среднем содержит 0,7£ углерода (табл.1). Наиболее обога-З'ПЗІ

Таблица I

Стандартные выборочные характеристики распределения С %,/*/%, С:У дерново-подзолистой потаи в зависимости от расположения

разреза Хп = 25) ' '

Л разреза, Стащи с %

название почш, харак-

ландшафт терно! .

I 2 3 4 5

I ' Х/п-71 0,61 0,048 9,48

Дерново-подзо- Хтлх 0,92 • 0,082 15,63

листая, связно- X 0,76 0,067 .11,67

песч. трансалю- І) 0,48.ХСГ2 0,96'ГСГ4 3,22

виалышй Кв.откл, 0,69'ЮГ1 0,98'НГ2 1,79 •

Ош.сред, 0,14'Ю-1 0,20-Ю-2 0,36

■ V 9,03 14,69 15,37

А -0.91-1СГ1 -0,62 0,99

Э 2,94 2,48 3,02

г ХтЛ? 0,48 ' 0,026 10,18

Деряово-подзо- 0,62 0,055 21,38

¡жяая, супесь, X 0,55 0,042 13,82 '

трансэлюв. 2> 0,13* КГ2 0,78.10т4 10,80

Кв.откл, 0,36-КГ1 -0,89*1СГ2 3,29

Ош.сред. 0,73-Ю-2 -0,18'Ю-2 0,66

V 6,55 21,10 23,79

А -0,29 -0,27 1,03

3 2,35 1,67 2,75

3 0,68 0,045 9,06

Цериово-подзо- Х/ПЙК 0,87 0,085 17,78

листая, рыяло- X 0,77 0,065 12,29

песч. транс- ® 0,24*1СГ2 0,12'Ю"3 5,18

элювиальный Кв.откл. 0,49-КГ1 0,11'Ю-1 2,28

Ош.сред. 0,99-Ю-2 0,22-КГ2 0,46

V 6,41 17,20 ' 18,52

А -0,68-КГ3 -0,18'КГ1 0,88

Э 2,15 2,05 3,26

4 2 ти1 1,23 0,065 13,22

Окультуренная, X так 1,52 0,П5 19,86

Продолжение таблицы I

I 2 3 4 5

дерново-подзо- X 1,36 0,085 16,28

листая, связно- D 0.66.1СГ2 0,14-КГ3 3,64

песч,, транс- Кв.откл, 0,82* Ю-1 0,12'Ю"1 1,91

элпвиально-ак- Оп.сред. 0,16'ICT1 0,24*ПГ2 0,38

кумулятивный У ' 5,99 13,97 11,72

к 0,38-ICT1 0,59 0,49

э 1,88 2,85 1,99

щен углеродом верхний горизонт почвы трансалювиально-аккумулятив-ного ландшафта (1,4*). Эту почву можно.отнести к среднегумусной, остальные очень низкогумусные (1-2$) или низкогумусные (2-4$),

Распределение гумуса по вертикальному профилю типично для дерново-подзолистых почв: максимум его содержится в гумусово-ак-куиулятивных пахотных горизонтах, подверженных антропогенному воздействию (окультуриванию), а в нижележащих горизонтах набщца-ется резкое снижение.

Периодически промывной водный режим, особенно характерный для этого региона осенью, способствует вымыванию и миграции гумуса с фильтрационными водами и с поверхностным стоком, усиленным осенней обработкой почвы и даже частичным стаскиванием ее вниз по склону.

Оптимальное гумусное состояние определяется не одним параметром, а комплексом показателей, важнейшие из которых следующие: содержание органического вещества, его запасы в пахотном горизонте, обогаденность его азотом ), кальцием, тип гумуса, уровень варьирования этих показателей. Максимальными запасами гумуса по почвенно-геохшкческой катене отличаётся почва траясэлю-виально-аккумулятивяого ландшафта (до 150 т/га), для транзитных эта величина значительно ниже, в среднем 50 т/га (табл.2).

Таблииа 2

Запасы гумуса и азота (т/га) в пахотном горизонте дерново-подзолистых почв агроценоза {1987-1988 гг.)

Л разреза Ландшафт Сезон наблюдения

7.1987 ' 5.1988 7.1988

I Трансзлю- 61.45 ' 45.06 ■ 54.78

виалышй 2,65 3,26 2,38

2 Трансэлю- 43.42 48.05 43.68

вкалышй 1,50 4,13 •2,71

3 Трансэлю- 62. ¡Ц 59.07 64.18

втальный 2,67 3,58 6,02

4 Трансалюв,- 130.56 ;47,45> 139.26

аккумулят. 3,20 4,68 6|9в

Б числителе - запаса гумуса, в знаменателе - запасы азота.

Коэффициент вариации для углерода колеблется от 6 до 95?, азота от 14 до 21% (что согласуется с литературными данными), т.е. более чем в 2 раза ваше, это означает, что содержа-

ние и перераспределение углерода в пахотном горизонте почв отличается большей стабильностью, чем азота.

Определение содержания общего азота в исследуемых почвах агроценоза проводилось в условиях геохимически сопряженных ландшафтов, от трансэлзовиального к трансэлювиально-аккумулятивному и на иллювяалько-келезисто-гумусошх подзолах их лесных аналогов от элювиального к транс элювиальному ландшафту. "

Вэ основании подученных данных можно сказать, что изучаеше дерново-подзолпстые почвы агроценоза очень бедны таким вакным элементом питаний растений, как азот. Максимальным содержанием азота характеризуются верхние наиболее гу^усированные пахотные горизонты почв весенне-летнего периода, но даже здесь его содер-

татся лишь от 35 до 120 мг/100 г почвы. Содержание и распределение по вертикальному профилю резкоубываяадее, что типично для данного типа почВ) но имеет по сравнению с лесными аналогами более плавный и удлиненный характер.

Анализируя поведение общего азота и его подвижных форм в динамике, можно сказать, что несмотря на неоднородность почвенного покрова и некоторые различия в содержании общего азота по разрезам, минерализация проходит очень стабильно, т.е. суша минеральных форм азота в процентах от общего азота в верхних пахотных горизонтах составляет около 4-5$ в мае, несколько меньше 1-2$ в июле (за счет интенсивного потребления.минерального азота растительностью летом) и 2-4% в осенние месяцы.

Как видно, процесс минерализации протекает интенсивнее в основном в теплый весенний период с оптимальным увлажнением, т.к. именно в это время сознаются наиболее благоприятные условия для его стимулирования и интенсивного протекания процессов гумификации и нитрификации. Осенью, в связи с похолоданием и переувлажнением территории, заметно снижение количества минеральных фор«; азота в результате замедления этих процессов, потерях азота при дедатрификацЕШ» а также с фильтраиионныщ водами и с поверхностным стоком,

Ео всех случаях осенью сумма минеральных форм азота для почв агроценозов не превышает 1,8 мг/100 г., весной она достигает 4,2 мг/ХООг. (т.е. почти в 2 раза больше). Увеличение подвижных форм азота осенью в пахотном горизонте, по сравнению с летом, можно объяснить постепенной минерализацией запахиваемых осенью в почву пожнивных остатков и корней растений. Вторая причина - отсутствие культурной растительности, которая интенсивно поглощает минеральные форък азота. Перемешивание почвы во время обработки осенью приводит к более равномерному распределению азота и

Таблица 3

Содержание обиего азота, суши минеральных форм, обменного и нитратного азота'

Смг/ХОО г.) - 1968 год

№ разреза, название пота, Горизонт, глубина. //общ. + ысф "Од

ландшафт см май июль сент. май июль сент. май ихшь сент. май июль сент.

I. Дерново-под- Ап 0-20 77,0 71,0 63,0 3,80 1,00 1,38 3,26 1,00 1,28 0,54 0 0,10

золистая, 20-35 63,0 78,0 48,0 2,70 1,00 1,37 2,52 0,96 0,85 0,18 0,04 0,52

трансэлюшальный в 40-60 15,0 22,0 0 1,60 0,92 1,78 1,52 0,82 1,45 0,08 0,10 0,33

2. Дерново-под- Ал 0-20 60,0 90,0 34,0 2,60 0,76 1,28 2,06 0,62 0,98 0,54 0,14 0,30

золистая, 20-30 63,0 49,0 45,0 2,56 0,90 1,33 2,26 0,88 1,13 0,28 0,02 0,20

трансэлюви алъный В 40-50. 0 13,0 0 0,56 0,44 1,16 0,52 0,28 1,00 0,04 0,06 0,16

3. Дерново-подзо- Аг, 0-20 75,0 103,0 74,0 3,70 1,12 1,37 2,18 1,04 1,10 1,52 0,06 0,27

листая, 20-35 68,0 84,0 75,0 1,26 1,18 1,37 0,94 0,98 1,22 0,32 0,20 0,15

трансэлювиальный В 40-50 31,0 13,5 0 1,30 1,02 1,37 1,10 0,84 1,34 0,20 0,18 0,03

4. Окультуренная Ап 0-20 108,0 120,0 103,0 4,18 2,46 1,42 2,26 2,18 0,78 1,90 0,28 0,64

дерново-подзолис- 20-30 118,0 132,0 95,0 2,62 1,74 1,60 2,02 1,58 0,95 0,60 0,16 0,66

тая, связнопесч. В 40-50 43,0 32,5 40,0 1,76 1,00 1,28 1,49 1,00 1,15 0,27 0 0,13

трансэл.-аккум.

и его минеральных форм во всем пахотном горизонте. С другой стороны, периодическое прокачивание территории в это время года,способствует мигрант и увеличению содержания его минеральных форм в нижележащих горизонтах (табл.3),

Подученные результата отражают четко выраженные ландшафтные закономерности в распределении к содержащая азота и его запасов (табл.2), По; сравнению с почвами трансэлюшального ландшафта, где запасы азота в среднем составляют около Зт/га, в дерново-подзолистой почве трансэлювиально-аккумулятивного ландшафта эти величины максимальны (почти 7 т/га, июль 1988 года).

В зависимости от позиции в ландшафте, стандартные выборочные характеристики распределения углерода, азота и их отношения показывают, что коэффициент варьирования в поверхностном горизонте для почв трансэлюшально-аккуцулятивного ландшафта нескол4ко ниже, чем для почв трансэлквяального ландшафта. В условиях аккумулятивного ландшафта, когда отсутствует вынос веществ с поверхностным стоком, а наблюдается аккумуляция и вынос лишь вниз по профилю, более равномерное распределение и скорость разложения растительных остатков, способствуют х более равномерному накоплению гумуса и азота (табл.1).

Ландшафтные особенности влияют таким образом как на количество поступающего в почву органического вещества, так и на условия его трансформации, что споообстщует более равномерному разлокенлю растительных остатков. Б условиях транзитного ландшафта, образующиеся при минерализации промежуточные продукты превращения и гумусовые вещества в почве могут мигрировать с различной скоростью.

Оценка азотминеоализушей способности почв (AMC)

Физический смысл определения AMC состоят в том, что осуществляется оценка того количества почвенного азота, которое гложет

быт^ минерализовано псщ воздействием применяемых азотных удобрений (или узе имеющегося в почве, соответствующего количества минерального азота) из органического вещества почвы и которое по своей доступности эквивалентно азоту удобрений (Башкин,1987).

Азотминерали зувдая способность сгочв может быть охарактеризована как количество органического азота в почве, способного к минерализации в течение вегетащонного периода и которое будет включать в себя азот! поглощаемый растениями; реиммобилизуедай микроорганизмами теряемый при выживании и деяитрификащи; остающейся в доступной форме в почве после.окончания периода вегетации, т.е. это весь лотеншально доступный азот почвенного фонда, способный к минерализации.

Величина AMC меняется в зависимости от сезона наблюдения. Минимальной AMC отличается почва осенью 2,4-4,0 мг/100г. {сентябрь 1988г., октябрь 1987г.) примерно равные средние значения AMC отмечены для мая 1988г. и июля 1987г., в среднем 5,6 мг/100 г.почвы и сапой высокой АИС характеризуются образцу летнего периода 1988г. - 7,1 мг/ХООг, '(табл.4).

Таблица 4

Сравнение по сезонам усредненных значений стандартных выборочных характеристик AMC (п = 100)

Характеристики 191 J7 гол 1988 год

июль октябрь май июль севтябвь

Xmla 0,38 0,20 1.7 1.6 1.2

Хтм 16,4 5,6 15,9 18,5 9,0

X 5,5 2,4 5,7 3,9

1> 18,3 1Д II, 7 14,5 5,2

Кв.откл. 4,3 1,0 3,4 3,8 2,3

Ош.сред. 0,8 0,2 0,6 0,7 0,5

V 78,3 43,1 60,3 53,4 57,3

А 1,1 0,6 I.I 1,1 0,5

Э 3,1 4.2 3,8 3,9 1.9

Наибольшей вариабельностью в * пределах сщного наблюдаемого сезона отличаются образца, отобранные в шале 1987г. (78%), среднее положение занимают все образцы 1988г., вариабельность их весьма заметная (53$,57^,60$) и минимальна она в октябре 1987г. (43«).

Рассматривая изменение AMC в зависимости от сезона и позиции разреза в ландшафте можно сказать, что наибольшей неоднородностью . свойств поверхностного горизонта отличается площадь вокруг разреза # 2 (табл.5), где особенно резкое увеличение коэффициента вариации заметно в осенний период после вспашки (меньшая мощность пахотного горизонта способствует неравномерной обработке почвы, при выворачивании пласта происходит перемешивание пахотного горизонта с нижележащим горизонтом).

Таблица 5

Стандартные выборочные характеристики распределения AMC в зависимости от сезона и расположения разреза (я = 25)

й разреза, Характе- 1987 гол 1988 год

название почвы, ландшафт ристики июль октябрь май нхшь сентябрь

I 2 3 4 5 6 7

I Xmift 2,1 1,9 1,7 2,4 2,7

Дерново-подзо- XmcJ 8,5 5,6 9.1 18,5 6,2

листая, связно- X 5,6 3,2 5,0 8,1 - 3,9

песч., Ъ 5,1 1Д 6,7 25,3 2,2

траясалювиальны! ,Кв.откл. 2,3 I д 2,6 5,0 1,5

Ош.сред. ■ 0,7 0,3 0,9 1.6 0,7

V 40,3 33,1 51,5 62,5 37,8

■ А -0,2 0,9 0,3 0,9 0,5

Э 1.5 3.1 1,6 2,4 1.2

г Xmirt 0,38 0,2 3,0 4,2 1,7

Дерново-подзо- Xmax 16,4 1,9 11,8 9,1 6,9

листая,супесь, 9,2 1,2 6,0 ■ 6,5 3,0

трансадявиальньй Ъ 60,8 0,6 16,8 3,4 5,0

Кв.откл. ?,8 0,8 4,1 1,8 2,2

Ош.сред. 3,5 0,4 1,8 0,8 1.0

Продолжение таблицы 5

I 2 3 4 5 6 7

V 84,8 65,6 68,2 28,5 73,7

к -0,3 -0,3 0,4 0,2 1,0

Э 0.8 0.8 1.0 1.3

3 Xmi'n 1.8 1.6 1,9 1.6 1.2

Дерново-подзо- TL то* 10,0 3,1 15,9 12,8 5.1

листая, рыхло- X 3,8 2,3 6,2 6,2 2,4

песч., D 5,9 0,2 19,6 14,9 2,5

трансэлювиальный Кв.откл. 2,4 ; 0,5 4.4 3,9 1,6

ОшАсред. 0,8 0,2 1.4 1,2 0,7

V 64,5 20,5 70,9 62,1 65,5

А 1,7 0,5 0,9 0,5 0,9

Э 4.7 2.1 2.7 1.6 1,9

4 Xmin 0,5 1.5 2,7 5,5 4,9

Окультуренная, Xmox 12,9 3,6 8,3 11,3 9,0

дерново-подзо- X 4,9 2,5 5,4 7,8 6,5

листая, связно- 3) 22,2 . 0,9 5,8 5,7 2,5

пе сч. , Кв.откл. 4,7 0,9 2,4 2,4 1,6

трансэл.-аккум. Ош.сред. 2,1 0,4 1,1 1Д 0,7

У 96,8 40,1 44,6 30,9 23,9

А 0,8 0,2 0,08 0,4 0,6

к Э 1.8 Р,8. 0.9 1.3

Наиболее низкие значения варьирования AMC характерны дня траясалювиально-аккумулятнвного ландшафта, характеризующегося большей однородностью почвенного покрова (среднее, 47$). Наблюдается четкая корреляция между коэффициентом вариации показаний AMC и биопродуктивностью растений. Сравнивая биомассу с коэффициентом вариации АКС модно отметить гот факт, что снижение коэффициента

соответствует увеличению урожайности.

Л разреза июль 1987 г. июль 1988 г.

4 2 V = 96,8$ Б = 1990 кг/га V - 84,8?; Б = 1360 кг/га V = 30,9$ Б = 2341 кг/га I/ = 28,53 Б = 1664 кг/га

Отсюда mossho сделать вывод, что участки, имевдие незначи-

тельное пространственное варьирование, характеризуются более

ровными посевами и более высокой продуктивностью.

Оценка индикаторной роди растительности

Индикаторная роль естественной и культурной растительности была исследована в почвах агроцевоза и их лесных аналогах - иллю-шальво-железисто-гумусовых подзолах (ельник и сосняк)* Оценка индикаторной роли растительности в лесных ландшафтах была проведена на основе данных по подстилке, являющейся в этих услоишх важнейшим бяогеохимическим барьером.

Реакция подстилок кислая или очень кислая, высокая гидролитическая кислотность (что говорит о большой доле в ППК ионов водорода), низкая степень насыщенности основаниями. Показано, что в подстилках около 50^ углерода, колебания отмечены в зависимости от сезона вабладения и слоя подстилки (Евдокимова, Дронова,1969; Богатырев, 1989). Валовое содержание азота более 1,5%, Интересен я закономерен тот факт, что верхний слой подстилки ельника содержит больше азота, чем этот же слой подстилки сосняка, по-видимому, в результате большей обогащенности азотом на 0,5-1,5$ осада ельника. В сосняке, кроме того, за счет более кислой реакции среда, максимум общего азота отмечен в ферментативном слое подстилки. Летние образцы 1987-1988 гг. (табл.6) отличаются болшим содержанием валового азота, чем осенние.

Несмотря на это, элювиальный ландшафт, в среднем содержит больше азота, чем трансэлювиальшй. Однако в обоих случаях до 98£ от общего азота представлено азотом органических соединений и лишь незначительная часть его подвергается минерализации (летом -ранней весной и осенью - 1%). Картина очень закономерная, четко прослеживается влияние гидротермических условий. Суша тнер&льных форм азота в подстилке лесных лочв летом почти в 2,5 раза больше, 1 тан весной и осенью. Аммонийного и нитратного азота здесь летом

Таблица 6

Содержание общего азота и его форм (мгЛ' /100 г.почва) в подстилках хвойных лесов (1987 год)

X разреза, горизонт, глубина, см ИЮЛЬ ОКТЯБРЬ

Л/общ. £ мин. щ У орг. мэбщ. z №н. Щ Vopr.

5 A0L 0-1,5 AqFH 1,5-4,0 AjAj 4,0-10,0 10,0-16,0 1520,0 1350,0 317,0 42,0 30,0 24,0 4,1 3,5 14,5 9,4 1.4 0,9 15.5 14.6 2,7 2,6 1490,0 1326,0 312,9 38,5 1140,0 480,0 104,0 40,0 12,0 3,6 1,0 0,6 10,6 3,8 0,8 0,5 1,4 0,8 0,2 0,1 ■ 1128,0 476,2 102,9 39,4

6 A0L 0-1,5 AgFH 1,5-7,0 A0A2 7,0-11,0 Врл 11,0-28,0 1140,0 1600,0 60,5 16,0 26,4 18,4 3,7 3,6 ГО,4 13,1 0,8 0,7 16,0 5,3 2,9 2,9 Ш3,6 1581,6 76,8 12,4 1300,0 1340,0 54,0 44,0 13,0 7,6 0,7 0,6 11,8 7,2 0,7 0,5 1,2 0,4 0,1 0,1 1287,0 1332,4 53.3 43.4

также больше. Заметна миграция нитратов вглубь. В составе шне-рального азота превалирует в основном аиюнийная форма.

В агропенозах на геохимически сопряженных элементах рельефа, вблизи от заложенных разрезов, в трехкратной повториости делались укосы с площадок (1987 год - овес, 1988 гея - ячмень).

Исследования, проведенные на агропенозе в 1987 г. показали, что среднее содержание азота в зерне овса около 1,5$ от сухого веса, в стеблях 1% и менее. Минимальным содержанием азота отличаются растения, приуроченные к участкам траясэлювиального ландшафта, Ниже по склону, ближе к трансэлювиально-аккуыулятивному ландшафту, его количество в растениях заметно увеличивается.

Содержание азота в зернах ячменя 2,7%, в стеблях - (т.е. в 1,5 раза меньше). Четко прослеживаются колебания в содержании азота в ячмене в зависимости от позиции в ландшафте. Максимальное количество азота содержится в растениях, произрастающих на низшей части склона (трансэлювиально-аккумулятивный ландшафт): в зерне до 3,2$, в стеблях - 2,1%, Большей биопродуктивностью как овса, так и ячменя характеризуются нижние позиции склона, приуроченные к разрезам JBHè 3 и 4 ( 23-28 ц/га), тогда как верхние имеют биомассу в размере 13-17 ц/га.

Аналогичным образом изменяется содержание в растениях общего фосфора и калия, максимальные величины которых отмечены в трансэлювиально-аккумулятивном ландшафте.

Отсюда можно сделать следующий вывод: растительность является бяогеохямическям индикатором содержания элементов в почвах, четко реагируя на обеднение или обогащение почв питательными элементами.

Для получения более высоких урожаев, исследуемые слабоокуль-туренные почеы нуждаются в правильном внесении достаточных доз удобрений и в агротехнических мероприятиях, направленных на эаыед-

ление миграционных потоков вещества при обработке (например, вспашка поперек склона), чтобы уменьшить поверхностный смыв. При этом,

с учетом миграции элементов в почвенно-геохишческих катенах, це*

лесообразно дифференцировать дозы вносимо: удобрений с юс увеличением в трансэлввиальных ландшафтах и соответствующим уменьшением в аккумулятивных.

Химически^ анализ природных вод и атмосферных осадков

Б течение всего периода наблюдений отбирались пробы воды из природных-источников: поверхностные воды из пруда и озера; грунтовые воды из колодца. Кроме этого были собраны для анализа атмосферные осадки.■

Результаты анализов показали, что изучаемые природные воды пресные (т.к. сухой остаток не превышает 1г/л), умеренно-минерали-■ зованяне. Наибольшей минерализацией отличаются грунтовые веды элювиального ландшафта (колодец 300-400 мг/л), затем поверхностные воды аккумулятивного ландшафта (озеро 19-23 мг/л) ж поверхностные веды трансэлювиального ландшафта (пруд 11-16 мг/л). Наименьшую минерализацию имеют атмосферные осадки осенью б мг/л, в среднем -8,5 мг/л. Значения рН колеблются от слабокислой до слабощелочной. Кислотность снега почти нейтральная.

Перенос воздушными потоками диспергированных части и их по, отупление в биоценозы с атмосферными осадками, является важным звеном круговорота элементов. Атмосферные осадки изучаемом района характеризуются низкой обшей минерализацией и слабокислой реакцией. Они, следовательно, довольно чистые. Повышение кислотности дождя сопровождается существенным уменьшением содержания основных катионов - калия, натрия, кальция, магния.

Обращает на себя внимание относительно высокое содержание углерода в водах озера (до 55 мг/л), что является следствием про- 18 -

явления здесь процесса эвтрофикации. В водах колота очень высокое содержание катионов, особенно кальция, связанное, по-видимому, с вымыванием грунтошми водами по мере их середвигеняя гидрокарбонатов из коренных пород (для этого региона характерна 'мадомсад-ная сильнокарбоватная морена, залегающая на известняках и доломи' тах). , ^ .;'.'■■'!

По преобладали™ катионам был определен тип вод: вода колодца - сульфатно-кальвдево-натриеше, пруда - сульфатно-калиегае, озера - сульфатно-кальциевые.

Дождь содержит в своем составе очень много серы (до 67% сухого остатка).и кальция 11-18^, суша калия, натрия, .магния составляет 15$. В снеге преобладает кальций (до 5Ш, затем калий (до 20%) и сера (17$).

Высокое содержание серы'в составе дождя явилось причийой зафиксированной, более ранними наблюдениями в этом регионе, кислотности атмосферных выпадений, однако наличие здесь же калышя значительна -нейтрализует ее. Поэтому кислотность доздя нешсокая.

В течение пяти сезонов наблюдении в водных пробах определялось содержание общего азота, суша минеральных форм азота, аммонийного и нитратного азота (табл.7). ■■

Озеро относится к аккумулятивному ландшафту, здесь, как уже бнло сказано вше,.очень интенсивно развит процесс эвтрофикашга и поэтому естественно, что преобладающая часть азота представлена азотом органических соединений, составляя от 60 до 03% от общего.

Судаарное количество минеральных форм азота невысокое, по абсолютным значениям 0,4-0,7 мг/л. Относительным преобладанием минерального азота (до ЗОД) характеризуется ишь 1988 года, осенние пробы имеют очень близкие значения (26-27$) и минимум зафиксирован в мае 1988 года - всею 17$. Минеральный азот вод озера представлен в основном нитратной формой, что можно объяснить как

Таблица 7

Содержание общего азота и его минеральных форм в .водах s атмосферных осадках (мг/лхтр)

Дата, источник //общ. lml+щ Щ Щ Ñ орг.

июль 1987 ф

колодец 19,60 7,70 0,18 7,52 11,90

пруд 2Í40 0,24 сл. 0,24 2,16

озеро 3,30 0,60 сл. 0,60 2,70

доздь 3,10 1,58 1,38 0,20 1,52

октябоь 1987

колодец 31,45 1,17 0,10 1,07 30,28

пруд 4,08 0,37 0,04 0,33 3,71

озеро 1,37 0,35 0,10 0,25 1,02

дождь 5,10 0,63 0,63 0 . 4,47

май 1988

колодец 19,10 12,40 0,27 12,13 6,70

пруд 3,15 0,16 0 0,16 2,99

озеро 4,05 0,68 0,28 0,40 3,37

дождь; 4,00 3,34 ' 1,92 1,32 0,76

шргь 1988

колодец ■10,90 9,68 3,10 6,58 1,22

«РУД 2,00 1,25 1,20 0,05 0,75

озеро 1,60 0,48 0,05 0,43 1,12

дождь не оцр. не олр* не ояр. Не ОБр. не опр.

сентябрь 198$

колодец 28,05 15,20 0,60 14,60 12,85

пруд 2,33 0,66. 0,40 * 0,26 1,67

озеро 1,70 0,46 0,20 OÍ 26 1,24

доздь 1,60 1,30 0,30 1,00 0,30

бевоаль 1988

снег 1,80 0,94 0,70 0,24 0,86

химизмом самого соединения (неспособностью его к спепифическо:'! сорбщи б почве), тек и хорошей водопроницаемостью песчаных почв в условиях периодически проадвного водного режима.

В трансэлювяальном ландшафте поверхностные воды отбирались

из пруда. Содержание общего азота 2-4 мг/л, из которого от 37,5$ до 95$ составляет азот органических соединений, причем как в пруде, так и в озере максимальное содержание отмечено в одни и те же периоды наблюдений (май 1988 г. - 95$, ишь 1987 г. - 90$). В отличие от озера, доля органического азота в осенних водах пруда в 1387 г. заметно выше, вероятно, за счет смива осенью со склона поверхностными водами значительного количества гумуса, в составе которого всегда присутствует органический азот. Минимум органического азота отмечен в июле 1988 г., всего 37,5$ от общего количества, В этом месяце происходит, по-видимому, интенсивная минерализация органического азота, что связано с благоприятными щцротершчески-ми условиями и, соответственно, высокой микробиологической активностью почв.

Для поверхностных вод аккумулятивного и траясэлювиального

ландшафтов можно выделить следующие общие закономерности: преобла-

амта .

дание в составе общего азота органических соединений до 95$, а

также то, что значительную долю в сумме минеральных форм азота

почти во всех пробах составляют нитраты, иногда при почти полном

отсутствии аммонийного азота.

С использованием уравнений множественной регрессии была оценена взаимосвязь между содержанием нитратов в поверхностных водах и компонентами их химического состава.

Варьирование величин рН объясняло варьирование 69$ переменных Mlg, а суммарное варьирование величин рН и POJ^ было связано с 74$ величин Л/О3. Низкие уровни VOg обусловлены суммарным влиянием рН и POJ^, тогда как шсокие величины M05 связаны в большей степени лишь С РО^, что может быть объяснено, их общим ю-мыванием на легких почвах в периоды интенсивных осадков и, соответственно, интенсивного поверхностного смыва*

Грунтовые воды били взяты в элювиальном ландшафте из колод-

па, глубина 4 и. В этих водах общего азота почтп в 8-Ю раз больше, чем в поверхностных. Однако в его составе намного меньше органического азота (около 40$), мшимум отмечен в июле 1938 г.- 11$, основная часть общего азота представлена минеральными формами (40-90$), среда которых превалируют нитраты. Аммонийный азот появляется в грунтошх водах только в иоле 1968 г. В этот благоприятный, по температурному режиму, период времени отмечена почти полная минерализация общего азота И на этом фоне стала заметна и доля адоония.

Итак, в грунтошх водах в отличие от поверхностных, азот прелюд ОЙИПТІНПМ. . „ ставлен'минеральными формам! и особенно нитратам, содержание которых в весенне-осенние периоды было максимальным и превышало установленные ЦИК (10 мг/^/л), что связано с отсутствием поглощения азота растительностью. Поздней осень», при замедлении минерализа-шонных процессов происходит накопление азота органических соединений (почти до 96$) при содержании минеральных форм азота менее 4$.

С использованием уравнения множественной регрессии установлено, что 64$ колебаний величин ЛЮд в грунтовых водах обусловлено влиянием Са+^, а суммарное влияние Са+^ и было связано с варьированием 88$ всех величин /1/О3, Это может быть связано с наличием известковых водоносных горизонтов в изучаемое ландшафтах.

Атмосферные осадки - одно из важных звеньев круговорота элементов в природе. Проведенные наблюдения, несмотря на их относительную малочисленность, показали, что содержание общего азота колеблется в них от 1,8 до 5,0 мг/д. Состав осадков по минеральным формам отличаетоя по сезонам. Весной превалирует аммонийный азот, а осенью возрастает доля нитратного азота.

Около 20-50$ от общего азота в дождевых ведах представлено азотом органических соединений (взвешенная пыль и микрочастицы). Весенне-летние дожди содержат в своем составе в основном аммонийный азот (60-90$).

Суммарное ориентировочное поступление общего азота с осалю-№ на изучаемой территории составляет 20-25 кг/га, что согласуется с ранее полученными данными (Иакаров,1986). Эти величины, составляя 15-20% от доз применяемых азотных удобрений, играют важную роль в биогеохимическом цикле азота* '

Резюмируя результаты по оценке химического состава природных вод и атмосферных нигадений можно отметить, что максимальное содержание Щ обнаружено в грунтогах водах, что подтверждает вдвинутое ранее рядом авторов (Баякан,19вЗ; Тукаяло,1983 и др.) положение об их функционирования век агрогеохимического барьера в биогеохимическом круговороте азота.

Выводы

1. Изучены элементы биогеохимического цикла азота в дерново-подзолистых почвах агролаадшафтов и их естественных лавдвафтов -аналогов в условиях Литовского национального заповедника* Дана количественная оценка различных слагаемых круговорота азота, а также элементов, биогеохимически сопряженных с ним (C,Ca,lt^,P,H*'-«o-нов). Показано, что изучение биогеохимического круговорота необходимо провопить в профиле почвенно-геохишческой катены, что позволяет оценивать роль миграционных потоков и шявлять сопряженные зоны обеднения-обогащения*

2, Установлено, что во вое периода наблюдений, несмотря да одинаковую цочву, максимальные запасы гумуса и общего азота в пахотных горизонтах дерново-подзолиотых почв изученных агролаядшаф-тов, были тесно связаны с позицией ландшафта в профиле почвенно-геохимической катены, будучи максимальными в трансэлюшально-акку-мулятивном ландшафте (150 т/га гумуса и 3,2-7,0 т/га азота) и минимальными в верхней части трансзлювиального ландшафта (29-48 т/га гумуса и 1,4-4,1 т/га азота).

3. Выявлено статистически достоверное увеличение среднего содержания углерода (от 0,76 до It36Ji), общего азота (от 0,067 до 0,085$), величины отношения C:V (от 12 до 16) и AMC (от 3,0 до 6,5 мг /100г.) и уменьшения пространственной вариабельности этих показателе-Ч от трансэлювиального (6,4-9,0; 14,7-21,1; 15,4-23,8; 38-74) к трансэлювиально-аккумулятивному лаедшафту, где эти величины составляют соответственно (5,99; 13,97; 11,72; 24).

4. Изучена динамика минеральных форм азота, установлена количестве нние критерии накопления нитратов и обменного аммония. Показано, что максимальное содержание этих форм азота наблюдается в летние месяцы, несмотря на интенсивное потребление их культурной и естественной растительностью. Абсолютные величины в агрояаядпюф-тах не ярешшают 3-4 мгУ/100г. Более высокие величины зафиксированы в подстилочных горизонтах почв лесных ландшафтов (до 30 мга/ 100 г.).

5. Дана количественная опенка величин азотмияерализугацей способности (AMC) изучаемых почв, как комплексного показателя процессов внутршючвенного цикла. Установлено, что наибольшие значения этих величин зафиксированы в пахотном горизонте почт трансэлюви-ально-аккуыулятивяого лавдшафга (в среднем 6 мг/100 г.), а наименьшие - в транзитном лашшафте (в среднем 4 мгДООг.). Показана динамическая картина изменения величин AMC, максимум которых отмечен

в летние месяцы, а минимум - в осенние, что может быть связано с биологической активностью почв в эти периоды. Пространственная вариабельность величин AMC во многом зависела от периода наблюдения. Установлена обратная зависимость меяду вариабельностью AMC почвы и'ее биопродуктнвностью.

6. Показано, что в естественных ландшафтах подстилка является наиболее информативный горизонтом, обусловливающим направленность миграционных нисходящих потоков азота. В агроландшафтах запасы

азота в растительности (овес, ячмень), несмотря на одинаков^ уровень применения азотных удобрений, возрастают от траисэлюшаль-пой к трансэлювиально-аккущлятивной позиции катаны в 2,0-2,2 раза. Аналогичная тенденция отмечена и для величин, характеризующих накопление углерода в биомассе растений (в 1,8-2,0 раза).

7, В условиях интенсивных геохимических потоков, связанных с природными особенностями изучаемых ландшафтов я антропогеняоЗ нагрузкой на них, отмечено эвтрофирование поверхностных вод (увеличение содержания общего азота до 3-4 мг/л), РО^3 до 0,72 ьтг/л) и загрязнение нитратами грунтовых вод. Б ьесенне-осеигеИ г.ер::оды наблюдений величины загрязнения превышали установленный уровень ШК, достигая 12-14 мг М- ^Од/лЕтр, Показано, что варьирование величин //Од связано з поверхностных водах с изменением велзчин рН я РО^ (74?), а в грунтовых водах с изменением величин кальция и магния (88$).

Подлчсаво к печати ТГоШ

Формат 60x90/16, Усд, п» Ю

Тираж .

: 100 эка. Заказ

Ордена 'Знак Почета* издательство Московского уя^&ерситета» 103009, Москэд. ул. Герцана, 5/7, Типография ордена *3нак Почата* издательства МГУ", 1198&9, /Москва« Ленинские горы*