Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение гумуса сухо-степных почв во времени при орошении

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Изменение гумуса сухо-степных почв во времени при орошении"

•; и од 2 4 НОЯ ^07

На правах рукописи УДК 631.417.2

Ковалева Екатерина Игоревна

ИЗМЕНЕНИЕ ГУМУСА СУХО-СГЕПНЫХ ПОЧВ ВО ВРЕМЕНИ

ПРИ ОРОШЕНИИ (на примере Кулундинской степи)

03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск - 1997

Работа выполнена в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН Научные руководители:

доктор биологических наук, чл.-корр. РАН И.М. Гаджиев доктор биологических наук Дергачева М.И.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Ефремова Т.Т.

кандидат биологичесхих наук Фаткулин Ф.А.

Ведущая организация:

Институт общей и экспериментальной биологии БНЦ СО РАН

Защита состоится « » $ в^ й -орЛ. 1997 года на заседании диссертационного совета Д.002.15.01 в Институте почвоведения и агрохимии Сибирского отделения РАН по адресу: 630099, Новосибирск, Советская, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Автореферат разослан « НО-Л^РЖ'_1997 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук М.И.Дергачева

Актуальность исследований

Одним из ограничивающих факторов развития интенсивного земледелия в степной зоне является засушливость климата. Получение устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур в районах с недостаточным увлажнением невозможно без применения орошения. Но орошение в то же время является фактором, нарушающим экологический статус степных почв и степных ландшафтов (Николаева, 1994).

Практика показала, что дополнительное увлажнение почв без учета их региональных особенностей, применение необоснованных режимов орошения приводят к неблагоприятным изменениям почв и, как следствие, снижению их плодородия, а иногда и к трансформации их в почвы, непригодные для земледелия (Ковда, 1981,1989; Розанов, Розанов, 1990; Николаева и др., 1995; идр,).

Поскольку реакция почв на орошение зависит не только от их свойств, но и от качества поташных вод, норм полива, длительности орошения, степени дренированности территории, температурных режимов, обработки почв, выращиваемых культур и других условий, то есть от региональных условий почвообразования и антропогенных нагрузок (Орлов, 1990; Николаева, 1994; и др.), получение экспериментальных материалов для каждого отдельного региона позволит выявить на фоне специфических особенностей общие закономерности трансформации почв при орошении.

Для орошаемого земледелия важное значение имеет возможность прогнозирования поведения гумуса при орошении и оценки устойчивости системы гумусовых веществ в меняющихся условиях, а значит знание тех изменений, которые происходят в течение разных промежутков времени под влиянием изменившегося увлажнения.

Орошение почв Кулундинской степи начато относительно недавно, поэтому выявление направленности изменений при избыточном для этих почв увлажнении, а также установление временного предела устойчивости почв в изменившихся условиях — вопрос, который недостаточно изучен. Кроме того, почвы Кулундинской степи находятся в особых мелиоративных условиях (Панфилов, 1973; Угланов, 1981).

Учитывая это, выявление региональных особенностей и направленности изменений гумусного состояния сухостепных почв Кулундинской степи во времени при орошении их слабоминерализованными водами, и оценка этих изменений с почвенно-экологических позиций представляется актуальными.

Цель исследований.

Выявить изменения состава и свойств гумуса почв Кулундинской степи Обь-Иртышского междуречья во времени при орошении их слабоминерализованными водами.

Задачи исследований.

1. Оценить изначальную однородность хроноряда почв, используемого при оценке направленности изменений гумусного состояния почв во времени.

2. Изучить состав и свойства гумуса черноземов и каштановых почв

А

разных сроков орошения, их неорошаемых н целинных аналогов и установить направленность изменений во времени.

3. Изучить состав и свойства гуминовых кислот почв разных сроков орошения и изменение их во времени.

4. Оценить временной предел устойчивости гумусовой составляющей почв в меняющихся условиях увлажнения.

Объекты исследований.

Объектами исследований были почвы сухо-степной зоны Кулунды: целинные, освоенные неорошаемые, а также орошаемые разное время в пределах 4-20 лет.

Методы исследования.

В работе использованы общепринятые методики аналитического и инструментального изучения почв и почвенных компонентов. Состав гумуса определялся по методу Пономаревой-Плотниковой (1968). Препараты гуминовых кислот выделялись по схеме (Орлов, Гришина, 1981) с модификацией в звене очистки. Элементный состав анализировался по Преглю и дублировался на автоматическом анализаторе Karla Erbe. Магнитная восприимчивость определялась ыа каппометре Kappabrig KL-2. Молекулярные спектры снимались на ИК спектрофотометре с преобразователем Фурье, электронные спектры — Specord М 40 . Расшифровку ИК-спектров и расчет содержания фракции Pg проводили согласно работам Д.С.Орлова (1974, 1990). Остальные анализы проводились по методикам, широко применяемым в почвоведении (Аринушкнна, 1970; Петербургский, 1959; и др.).

Научная новизна.

Выявлены основпые закономерности изменения гумусовых профилей, а также состава и свойств гуминовых кислот изученных почв во времени в орошаемом земледелии.

Установлено, что даже длительное (более 15 лет) орошение слабоминерализованными водами почв Кулундинской степи не приводит к существенным изменениям их гумусного состояния: все показатели не выходят за пределы градаций, свойственных данному типу почв.

Показано, что только содержание и распределение по профилю бурых гуминовых кислот и доля фракции Pg является функцией от времени, остальные группы и фракции флуктуируют в пределах типовых параметров.

Определено, что гуминовые кислоты почв в процессе орошения слабоминерализованными водами не претерпевают существенных изменений во времени (в интервале 5-20 лет), различия их состава и свойств лежат в пределах, характерных для их целинных и неорошаемых аналогов.

Показано, что выбор хроноряда почв разных сроков орошения требует верификации их изначальной идентичности, для чего может использоваться магнитная восприимчивость почв.

Теоретическая и практическая значимость.

Экспериментальные материалы и выводы могут использоваться при оценке экологических последствий орошения почв сухо-степной зоны, а также

их эволюции 1фн изменении гидротермических режимов.

Полученные материалы заполняют пробел в изучении региональных особенностей поведения сухостепных почв при орошенин слабоминерализованными водами, а также могут быть использованы для общей характеристики качественного состояния почв Кулундинской степи на данный момент времени, являясь хорошей основой для почвенного мониторинга и определения путей дальнейшего использования почв в сельском хозяйстве.

Введение показателя магнитной восприимчивости почвенной массы в обязательный комплекс методов изучения почв, представляющих хроноряд по длительности орошения, с целью верификации их изначальной идентичности, позволит достоверно прогнозировать поведение почв при орошении во времени.

Материалы диссертации используются при чтении спецкурсов "Органическое вещество почв" н "Экология почв" в Томском государственном университете.

Защищаемые положения.

1. Предел устойчивости гумуса почв сухой степи к орошению слабоминерализованными водами можно оценить как 15-20 лет.

2. Выбор хроноряда почв разных сроков орошения требует верификации их изначальной идентичности, для чего может использоваться магнитная восприимчивость почв.

Апробация работы.

Материалы и основные выводы диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции "Эволюция почв и почвенного покрова в связи с изменениями природной среды" (Пущино, 1992), II Всероссийском съезде общества почвоведов (С.-Петербург, 1996) и Международной конференции по проблемам антропогенного почвообразования (Москва, 1997).

Публикации.

Опубликовано 8 работ, из них 3 — по теме диссертации.

Структура диссертации.

Работа состоит нз 6 глав, введения и выводов. Список литературы включает 143 источшпсов, в том числе 7 шюстранных авторов. Работа изложена на 171 сграшще машинописного текста, иллюстрирована 26 таблицами и 29 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава I.

Проблема устойчивости гумуса почв сухо-степной зоны в связп с орошением

Анализ литературы по проблеме гумусного состояния орошаемых почв и направленности изменений гумуса во времени в связи с орошением в разных

£

регионах страны свидетельствует, что несмотря на обилие экспериментальных материалов, однозначных ответов на вопросы в рамках этой проблемы до сих пор нет.

В практике изучения орошаемых почв разных регионов в литературе отмечаются чаще слабая устойчивость гумуса при изменившемся увлажнении, которая проявляется в негативных последствиях: потерях гумуса и ухудшении его состава, связанных с увеличением подвижности гумусовых веществ при орошении и выносом их за пределы профиля, с более активной деятельностью микрофлоры и повышенной минерализацией в связи с этим не только органических остатков, но и гумусовых веществ, с процессами естественной и ирригационной эрозии. Работ, в которых показано положительное влияние орошения на состав гумуса, увеличение его гуматности, немного. Позитивное проявление орошения в степных почвах авторы видят в увеличении степени гумификации, выражающейся в возрастании доли гуминовых кислот, хотя фракционный состав существенно не изменяется.

Противоречивость имеющихся результатов по изучению трансформации гумуса в изменившихся условиях вполне естественна — нельзя ожидать одинаковой реакции на орошение почв разных регионов, поскольку она зависит как от комплекса природных условий последних, так и от характера и длительности антропогенных нагрузок. В то же время выявление закономерностей изменения гумуса почв во времени при смене одного из условий почвообразования (например, увлажнения), важно не только для практики использования почв в сельском хозяйстве, но и для решения вопросов теории орошаемого земледелия, а также эволюции антропогенных почв.

Глава 2.

Природные условия Кулуцдинскон степи и объекты исследования

В главе на основе литературных материалов дается краткое обобщенное описание геологии, геоморфологии, почвообразующих пород, климата, почвенного и растительного покрова, а также гидрологической ситуации в районах исследования.

В качестве объектов исследования использовались почвы сухо-степного

ряда:

1) каштановые супесчаные почвы Прииртышской пониженной равнины, орошаемые 5,10,13 и 20 лет, а также неорошаемые и целинные их аналоги;

2) черноземы южные легкосуглинистые Северо-Кулуццинской равнины, орошаемые 4 и 8 лет, а также неорошаемые их аналоги. Почвообразующими породами в первом случае являются незаселенные древнеаллювнальные пески, супеси, легкие суглинки, во втором — карбонатные супеси и пески.

Почвенные разрезы закладывались на сходных элементах рельефа — ровной поверхности гривообразного массива. Для исключения пространственной вариабельности выбирались определенные по размерам участки почвенного

покрова, где проводилось отграничение опытных площадей, разбивка сети продольных и поперечных ходов, нивелировка поверхности и бурение в каждом месте установления нивелировочной рейки. На основе анализа полученных картографических материалов был определен компонентный состав почвенного покрова опытных участков разных сроков орошения и вычислены среднестатистические параметры главных морфологических показателей всех вариантов каштановых почв, послужившие основанием для закладки опорных разрезов.

Орошение производилось на базе артезианских скважин водами гидрокарбонатно-натриевого состава в случае каштановых почв с минерализацией 0,7-1,0 г/л и нормой полива в среднем 3000-4000 м3/га и водами с минерализацией в среднем 2-3 г/л и нормой полива около 2000 м3/га в случае черноземов южных.

Глава 3.

Обоснование возможности использования хронорядов почв разной длительности орошения для изучения изменений гумуса во времени

Могут бьпъ использованы разные подходы к оценке изменений гумусного состояния почв во времени при орошении: последовательное изучение в одной стационарной точке через определенные промежутки времени или подбор хронорядов почв разных сроков орошения. Первый — очень сложен по исполнению, особенно при оценке влияния длительных сроков орошения, второй — требует подбора временного ряда изначально идентичных почв.

Для исследований был подобран хроноряд каштановых почв с различными сроками орошения при всех прочих равных условиях (одинаковыми материнскими породами, залеганием в рельефе, севооборотами, сельскохозяйственными технологиями, поливными водами и режимами полива и другими свойствами). Черноземы южные исследованы последовательно через 4 и 8 лет орошения на одной и той же площадке.

Выбранный хроноряд каштановых почв представлялся вполне репрезентативным, поскольку выбор объекта проводился с учетом пространственной вариабельности. Однако после получения результатов аналитических исследований почв были выявлены некоторые колебания отдельных характеристик почв, которые предопределили необходимость верификации изначальной (до орошения) идентичности почв, чтобы уточнить вызваны ли эти отклонения орошением, или они существовали до момента орошения. Для этого была использована магнитная восприимчивость почв.

Магнитная восприимчивость почвенной массы является интегральным, показателем магнитных свойств как лито генного, так и педогенного генезиса. Она формируется очень длительное время, также долго сохраняется и изменяется только при длительном воздействии экстремальных условий (Бабанин и др., 1996).

При оценке хроноряда почв по магнитной восприимчивости исходили из

Таблица!

Магнитная восприимчивость каштановых почв

Почва, вариант. Глубина, см .10-6 SGSM Почва, вариант. Глубина, см .10-6 SGSM

номер разреза на 1 г мелкозема номер разреза на 1 г мелкозема

Каштановая 0-7 2.0 Каштановая 0-16 1.9

целина 7-17 2.0 орошаемая 16-30 1.9

Разрез 77 17-30 2.0 10 лет 30-40 1.6

30-40 I.S Разрез 87 40-50 1.2

40-50 1.4 50-60 1.2

50-65 1.3 60-70 1.1

65-70 1.2 70-80 1.1

70-75 1.6 90-100 1.0

80-90 1.4 120-130 1.3

110-120 1.4 150-160 1.1

120-130 1.2 Каштановая 0-15 2.0

Каштановая 0-15 2.0 орошаемая 15-30 1.7

неорошаемая 15-30 1.9 13 лет 3040 1.2

Разрез 81 30-40 1.2 Разрез 83 40-50 1.2

40-50 1.3 50-60 1.2

50-60 1.2 60-70 1.0

60-70 1.1 70-80 1.0

70-80 1.1 80-90 1.0

80-90 1.1 90-100 1.2

90-100 1.2 115-125 1.3

120-130 1.0 133-135 0.8

Каштановая 0-12 1.7 Каштановая 0-15 1.7

орошаемая 12-25 1.7 орошаемая 15-30 1.6

5 лет 25-35 1.3 20 лег 30-40 1.3

Разрез 86 35-45 1.2 Разрез 79 40-50 1.3

45-55 1.0 55-65 1.0

55-65 1.1 70-80 1.1

65-70 0.9 80-90 0.6

70-80 0.8 90-100 0.2

80-90 0.9 100-110 1.1

90-100 1.0 110-120 0.2

Таблиц* 2

Магнитя ал восприимчивость черноземов южных

Почва, вариант. Глубина, см .10-6 Почва, вари! Глубина, см .10-6 ЭйЗМ

номер разреза на 1 г мелкозема номер разреза на 1 г мелкозема

Чернозем 0-11 1.5

южный 11-22 1.5 Чернозем 0-10 1.5

неорошаемый 22-30 0.8 южный 10-22 1.3

(Разрез 12) 30-40 0.5 орошаемый 22-32 1.1

40-50 0.4 8 лет 32-42 0.6

60-70 0.4 Разрез 20 42-50 0.6

70-80 0.4 50-60 0.5

80-90 0.4

90-100 0.4

Чернозем 0-14 1.7 Чернозем 0-30 1.1

южный 14-27 1.7 южный 40-50 0.4

неорошаемый 27-40 1.0 неорошаемы 65-70 0.4

Разрез 13 40-50 0.6 Разрез 23 110-120 0.3

50-60 0.4

60-71 0.4 Чернозем 0-Ю 1.3

71-80 0.4 южный 10-20 1.2

Чернозем 0-11 1.4 орошаемый 20-31 1.2

южный 22-30 0.8 17 ля- 50-60 0.5

орошаемый 30-40 0.6 Разрез 16 60-70 0.5

4 года 40-50 0.4 80-90 0.4

Разрез 15 50-65 0.4 90-100 0.4

65-80 0.4 120-130 0.4

Чернозем 0-9 1.5 140-150 0.4

южный 18-27 1.0

Орошаемый 40-50 0.4 Чернозем 0-27 1.1

4 года 50-65 0.4 южный 28-41 0.5

Разрез 14 65-80 0.3 орошаемый 42-55 0.4

80-90 0.4 21 гол 60-70 0.4

100-110 0.4 Разрез 22 80-90 0.3

110-120 0.4 110-120 0.4

130-140 0.4

Каштановые

Черноземы южные

Обозначения:

1 - потери при

обработке HCl

2 - песок средний

3 - песок мелкий

4 - пыль крупная

5 - пыль средняя

6 - пыль мелкая

7 - ил

ESS3 - t -

L-J33 - 3

МФИ -6 ШШ! -7

Рис 1. Гранулометрический состав почв,% (по Н.А.Качинскому)

того, что если изменения магнитной восприимчивости в связи с длительностью орошения не будут направленными, а будут колебаться в определенном интервале, характерном для целинных и (или) пахотных почв, значит орошение не оказывает влияния на магнитную восприимчивость. Несущественные различия, не выходящие за пределы среднестатистических значений, которые не превышают 10-15%, будут свидетельствовать об изначальной идентичности выбранных почв.

Анализ результатов показал, что во всех почвах хроноряда величина магнитной восприимчивости в гумусовых горизонтах почв лежит в пределах одного уровня, а внутрипрофильное ее изменение аналогично во всех вариантах (табл. 1). Обращает на себя внимание лишь иной уровень и существенные колебания магнитной восприимчивости в нижней части почвы разреза 79, что согласуется с выявленным при морфологическом описании чередованием песчаных и суглинистых прослоев, а также подтверждается результатами гранулометрического анализа (рис.1).

Для оценки влияния разных сроков орошения на магнитную восприимчивость, кроме хроноряда каштановых почв, измерялась каппа для черноземов южных. Исследования показали, что орошение в течение 17 и 21 года также не вызвало существенных изменений магнитной восприимчивости (табл.2). Следовательно, можно полагать, что орошение не вызывает существенных и направленных изменений в поведении ферромагнитных минералов и, соответственно, магнитной восприимчивости почв, ее колебания обусловлены пространственной вариабельностью и лежат в пределах средних значений, определенных для целинных и (или) богарных вариантов.

Таким образом, выбранный хроноряд каштановых почв является репрезентативным и может использоваться для изучения влияния орошения во времени.

Глава 4.

Влияние орошения на состав в свойства гумуса каштановых почв.

В главе приводится морфологическое описание разрезов, их положение в рельефе и другие сопутствующие характеристики. Представлены данные, характеризующие физические, физико-химические и химические свойства орошаемых, неорошаемых и целинных каштановых почв Кулундинской степи. Показано, что орошение усиливает миграциошше процессы и перераспределение некоторых минеральных компонентов внутри профиля. Выявлены четкие закономерности усиления изученных процессов во времени.

Целинная почва характеризуется мощностью гумусового горизонта до 27-32 см, невысоким содержанием общего органического углерода (0,9-0,6% в гор. А1, и менее 0,3-0,2% с глубины 50-60 см) и азота (0.09-0.03%), что характерно для почв сухо-степного ряда. Наиболее существенную роль, определяющую свойства гумусовой части почв, играют гуматы кальция и связанные с ними в

комплексы фульвокислоты, которые в сумме составляют более трети от общего гумуса. Бурые гуминовые кислоты обнаруживаются только в гумусово-аккумулятивном горизонте до глубины 17 см и не превышают 7%, а доля свободных фульвокислот минимальна и незначительно флуктуирует по профилю (3-5%). Соотношение гуминовых кислот и фульвокислот в гумусово-аккумулятивной толще составляет 1.7-1.2 (рис. 2).

Наиболее четкие и существенные изменения, происходящие при введении почв с сельскохозяйственный оборот, наблюдаются в соотношении гуминовых кислот и фульвокислот (1.3-1,0) (рис.2), за счет сокращения доли первых и увеличения послед них. При этом в неорошаемой пахотной почве бурые гуминовые кислоты (фр.1) обнаруживаются до глубины 40 см.

С увеличением длительности орошения происходит сужение отношения Сгк:Сфк, постепенное возрастание количества бурых гуминовых кислот в верхней части профиля почв и появление их до 90-100 см. Увеличение этой фракции гуминовых кислот во времени позволяет считать обусловленность этих изменений орошением. Аналогично ведут себя и фульвокислоты соответствующей фракции. Изменяется доля участия гумусовых веществ фракции-2 в формировании гумуса всех горизонтов, при этом максимальное количество фульвокислот приходится на более глубокие почвенные горизонты, гуминовых — наоборот, верхние (рис.2).

Элементный состав гуминовых кислот изученного хроноряда почв свидетельствует, что при введении в сельскохозяйственный оборот уменьшается их обуглероженность, повышается доля водорода, хотя и менее существенно (Ст% -40.8 и 38.0, Н>г% -37.2 и 37.7). При орошении почв в течение 20 лет колебания элементного состава гуминовых кислот незначительны (Н/С составляет 0.99 в неорошаемом варианте и 0.91-0.94 — при разных сроках орошения). Аналогичную направленность имеют и изменения коэффициента оптической плотности (в неорошаемом варианте Е - 0.077, в орошаемых—0.090-0.096).

Анализ электронных спектров показал, что в связи с длительностью орошения в составе гуминовых кислот возрастает (с 5 до 13%) содержание фракции Pg. Это связано, скорее всего, с развитием микроорганизмов, синтезирующих зеленый ароматический пигмент, который является одним из источников формирования макромолекул гуминовых кислот (Орлов, 1990).

ИК-спектры изученных гуминовых кислот характеризуются набором основных полос, характерных для этого класса природных соединений (рис.3). Наибольшие изменения наблюдаются в ИК-спектрах через 5 и 10 лет орошения: уменьшается интенсивность полосы при 1700 см'1, полоса при 1618 см"1 замещается таковой при 1593-1597 см ', что, вероятно, обусловлено образованием солей гумусовых кислот. Исчезает серия полос в области 1 ЮО-ЮООсм"1, относящимся к колебаниям Сахаров и гликозвдов, что можно связать с усилением жизнедеятельности микроорганизмов в первые годы орошения при изменившихся условиях увлажненности. В области 1260-1200 см-1 интенсивность полос поглощения уменьшается с длительностью орошения за счет образования

% к гючвв %кСш сус

05 о сЗ «а ом мо® я о за <я о ю до в га а с <> « в 'я о < *г

»ШТСЖПШ

Целина

% к почве % к С С/С

«ТИШИ

Неорошаемая

% к почве % к С м СуС.

с« о с о гц гоогс а и гв ^ з к гс о й о в л г «" в' < {'

шжлш ш

5 лет орошения _ ^ ^

% * почве % г С к С УС

ад в в« * в и .а с . го . а> . & в с« « г. * " ? «

К ш

„I , ]!* I !. I VI.. I. и И»

10 лет орошения

% к почяа % к С... сус..

. аг в м »о о а> г: о» а 5 гь сссосиксксогсБ!^

^ИЩШН

13 лет орошения

% к почве % к С... Сус..

20 лет орошения

Рис 2. Основные показатели гумусовых профилей каштановых почв

Показатели : а-общий углерод,% кпочве;% к общему углероду; б - гуминовые кислоты; в -фульвокислоты; г - негидролизуемые формы гумуса; д - фракция 1гуминовых кислот; е - фракция II гуминовых кислот; ж - фракция III гуминовых кислот; з - фракция la фульвокислот; и - С /С

гуматов. ИК-спектр гуминовой кислоты почв, орошаемых 20 лет, близок к целинному, что связано, по-видимому, с усилением интенсивности процесса гумификации с длительностью орошения .

3402 1718 1624

си'

—I-1-1-1-1-1-1-1-1-1

3500 3000 2500 2000 1800 1600 1400 1200 1СОО 800

Рис 3. ИК - спектры гуминовых кислот каштановых почв.

1 - целина; 2 - неорошаемая; 3 - орошаемая 5 лет; 4 - орошаемая 10 лет; 5 - орошаемая 20 лет

Глава 5.

Влияние орошения на состав и свойства гумуса черноземов южных

В главе подробно описана морфология черноземов южных неорошаемых и орошаемых вариантов и приводятся другие сопутствующие характеристики. Рассмотрены также некоторые физические, физико-химические и химические их свойства.

Мощность гумусового горизонта черноземов южных неорошаемых на экспериментальном участке колеблется в пределах 22-38 см, составляя в среднем 28-30 см, содержание общего органического углерода невелико и в пахотном горизонте не превышает 1.0%. В гумусе верхней 30-50-см толщи чернозема

южного неорошаемого преобладают черные гуминовые кислоты и связанные с ними фульвокислоты, в нижней части профиля представлены в основном фульвокислоты. Бурые гуминовые кислоты обнаружены в минимальных количествах лишь в гумусово-аккумулятивном горизонте (7-8%). В целом неорошаемые почвы имеют состав гумуса типичный дня черноземов южных сухо-степной зоны, что подтверждается характеристиками гумусового профиля (рис.4).

% КПОЧМ

м о и а с а а о л

* « с_ cjc.. д а п з ю а о а вея to о ц oit

Т .............

Неорошаемый

*»с_ cjc,.

я I о а да. с «« шов ш ад« ■ , t

т

т

» Г я

Орошаемый 4 года

в ж э и

Нкпочло

ЧкС CJC.

0 И. .П. va ■»,»,» , , «

3 в

Т 1

я л и

Орошаемый 8 пет

Рис 4. Основные показатели гумусового профиля черноземов южных Показатели: а - общий углерод,% к почве; % к общему углероду; б - гуминовые кислоты; в - фульвокислоты; г - негидролизуемые формы гумуса; д- фракция 1гуминовых кислот; е - фракция II гуминовых кислот; ж - фракция III гуминовых кислот; з • фракция 1а фульвокислот; и - С./С.

Мощность гумусированной толщи черноземов южных орошаемых изменяется в пределах 22-30 см, в среднем составляя такую же величину, как в предыдущем варианте. Морфологические признаки орошаемых в течение 4 и 8 лет почв лежат в пределах, характерных для черноземов южных Кулунды. Однако уже имеются признаки, обусловленные орошением: визуально выделяются коллоидные пленки на гранях структурных отдельностей, аналитически выявлено изменение в соотношении обменных катионов, и даже осолонцевание.

Количество органического углерода в орошаемых почвах несколько выше, чем в неорошаемых и составляет в пахотном горизонте 1,3-1,1%, что, скорее всего.

обусловлено использованием в севооборотах люцерны.

Изменение компонентов и фракций гумусовых веществ можно отнести скорее к флуктуациям, чем к направленным изменениям. Через 8 лет наблюдается лишь явно выраженное увеличение доли негидролизуемых форм гумуса, перераспределение по профилю гуминовых кислот, возрастание доли бурых их форм в большей по мощности толще, а также перераспределение внутри профиля гумусовых веществ, выделяемых при щелочном экстрагировании после декалъцирования (рис. 4).

В целом, при малых сроках орошения изменения в составе гумуса каштановых почв и черноземов южных однотипны.

Глава 6.

Изменение состава н свойств гумуса во времени при орошении

Изучение изменения гумуса на примере хронорядов разных сроков орошения позволило выявить направленность процессов его трансформации во времени и оценить возможные пределы устойчивости системы гумусовых веществ почв при действии несвойственного им увлажнения.

Можно отметить следующие закономерные изменения гумуса почв во времени в связи с орошением.

Сельскохозяйственное использование без орошения и в первые годы орошения приводят к снижению содержания гумуса в связи с усилением микробиологической деятельности. С увеличением сроков орошения содержание органического углерода несколько возрастает и прослеживается тенденция к стабилизации! его на определенном уровне во времени (рис.5).

Выявлена четкая закономерность сужения величины отношения Сге:С+1в связи с сельскохозяйственным использованием почв как в богарных условиях, так и в связи с орошением в верхнем 30-слое и увеличение гуматности гумуса нижележащей 20-см толщи. Это, вероятно, связано с накопительным эффектом влияния натрия, поступающего с оросительными водами в почвы. Процесс миграции уравновешивается более интенсивным процессом гумификации в верхних горизонтах, поэтому при длительных сроках орошения соотношение углерода гуминовых и фульвокислот изменяется несущественно и тип гумуса не выходит за пределы градаций показателя гумусового состояния почв данного типа.

Выявлена тенденция новообразования и накопления бурых гуминовых кислот в связи с длительностью орошения. В первые годы орошения их доля нарастает, спустя 10 лет после начала орошения происходит еще и их миграция, что обусловлено постоянным поступлением натрия с оросительными водами. Полученные материалы позволяют заключить, что в условиях несвойственного увлажнения бурые гуминовые кислоты являются функцией от времени. Изменение доли гуминовых кислот, связанных с кальцием в пахотном горизонте флуктуирует возле средних величин, характерных для неорошаемой почвы.

Е4

I Свбш.%

Ра

ис

Рис.5 Направленность изменения гумуса во времени при орошении.

Избыточное, несвойственное для данного типа почв, увлажнение приводит к появлению в пахотном горизонте фракции Ря. Выявлена тенденция увеличения ее доли в связи с орошением во времени.

Максимальной оптической плотностью обладает гуминовая кислота целинной почвы, для орошаемых вариантов ее величины не выходят за эти пределы.

Анализ материалов элементного состава гуминовых кислот хроноряда почв также показал, что направленных изменений не наблюдается, все колебания можно отнести к флуктуациям, которые лежат в пределах средних типовых значений. Это подтверждается также набором и интенсивностью основных полос в инфракрасной области спектра. Орошение приводит к появлению дополнительных полос, что связано с образованием солей гуминовых кислот за счет поступления дополнительных минеральных соединений с оросительными водами.

ВЫВОДЫ

1. Гумус при орошении претерпевает неоднозначные количественные изменения в зависимости от срока орошения, но происходят они в пределах градаций показателей гумусного состояния почв данного типа.

2. Анализ группового и фракционного состава гумуса показал, что изменение увлажнения стимулирует процесс новообразования бурых гуминовых кислот, доля которых увеличивается с длительностью срока орошения. Поступление натрия со слабоминерализованными водами, в которых около половины плотного остатка составляет сода, приводит к миграции новообразующихся гуминовых кислот и- присутствию их через 13-20 лет орошения даже на глубине 80-90 см.

3. Длительное (13-20-легнее) орошение не приводит к существенному изменению гумусного состояния каштановых почв, однако эволюционные изменения процесса гумусообразования выявляются в перегруппировке фракций и имеют форму тенденций.

4. Гуминовые кислоты почв в процессе орошения не претерпевают направленных изменений, различия их состава и свойств лежат в пределах флуктуаций, которые не переходят пределы средних типовых значений. Орошение приводит к появлению дополнительных полос в ИК-спектрах гуминовых кислот, что связано с образованием их солей за счет поступления дополнительных минеральных соединений с оросительными водами.

5. Избыточное, несвойственное для данного типа почв, увлажнение обусловливает появление в пахотном горизонте фракции Pg и увеличение ее доли в связи с орошением во времени.

6. Измерение магнитной восприимчивости почв должно быть включено в комплекс методов при изучении влияния орошения с использованием хронорядов почв для верификации изначальной их идентичности.

7. Предел устойчивости гумуса почв к орошению слабоминерализованными водами можно оценить как не менее 15-20 лет.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Ковалева Е.И. Тенденции изменения свойств каштановых почв при орошении// Тезисы докладов II Съезда почвоведов. Кн.2,- С.-Петербург, 1996. — С.63-64

2. Ковалева Е.И. Направленность изменения гумуса каштано вых почв Кулувды при длительном орошении. Препринт. Новосибирск: ИПА СО РАН,

1996. — 24 с.

3. Gadzhiev I.M., Dergacheva M.I., Kovaleva E.I. Humus Change of Kulunda Dry Steppe Soils at the Irrigation // Prob lems of Anthropogenic Soil Formation. Moscow,

1997. —p.76-77

Заказ 172. Тираж 100.

Отпечатано в Издательстве СО РАН 630090. Новосибирск - 90, Морской пр., 2