Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение гумусного и биохимического состояния торфяников низинного типа при первичном освоении

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Изменение гумусного и биохимического состояния торфяников низинного типа при первичном освоении"

На правах рукописи

РГБ ОД

Потапова Светлана Святославовна

ИЗМЕНЕНИЕ ГУМУСНОГО И БИОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТОРФЯНИКОВ НИЗИННОГО ТИПА ПРИ ПЕРВИЧНОМ ОСВОЕНИИ

03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск — 1997

Работа выполнена в Новосибирском аграрном университете Министерства сельского хозяйства РФ

Научный руководитель:

доктор биологических наук М.И. Дергачева

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Т.Т. Ефремова

кандидат биологических наук А.И. Сысо

Ведущая организация:

Тюменский сельскохозяйственный институ

Защита состоится « 7 » 1997 ГОда на заседании диссе|

тационного совета Д.002.15.01 по защите диссертаций на соискание уч! ной степени доктора биологических наук в Институте почвоведения и а рохимии Сибирского отделения РАН по адресу: 630099, Новосибирск, С< ветская, 18. ^

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

Автореферат разослан «» ' ■ ' ^ С. 1997 ;

/

Ученый секретарь ___ г

диссертационного совета у

доктор биологических наук уР М.И.Дергачег

Актуальность проблемы. В последнее десятилетие в Западной Сибири происходит ин-псивное использование торфяников: осуществляется сработка верхних слоев торфяной за-жи и использование торфа для нужд сельского хозяйства в различных целях. Остающиеся >еле выработки торфа площади используются в сельском хозяйстве для получения допол-ггельной продукции. В связи с этим возникает необходимость разработки научно обосно-ипого прогноза поведения (оценки изменчивости—устойчивости) почв, вводимых в сель-:охозяйственный оборот, что требует выявления направленности изменений, происходящих почвах, особенно в их органической части, которая, как известно, является одним из ос-)»ных факторов, обеспечивающих плодородие почв.

Проблема освоения торфяников низинного типа обсуждается в литературе постоянно. Од-1К0 в Сибирском регионе низинные торфяники изучены еще недостаточно, чтобы можно ■по разработать научно обоснованный прогноз их поведения с учетом региональных осо-мностей. Требуется более обширная фактологическая база, характеризующая поведение |рфяников с течением времени относительно его органического вещества и биохимическо-состояния, тем более их сопряженного изменения. Мало данных об отзывчивости почв и |стсний на применение комплексов макроудобрений в сочетании с молибденом и гумино->и кислотой. Учитывая, что в каждом регионе действие удобрений на урожайность культур >жет быть специфичным, а данных об их последействии практически нет, для обоснования югноза поведения торфяников при освоении с использованием минеральных удобрений клставляет интерес изучение их действия и последействия в конкретных регионах. Одним из типичных представителей торфяников низинного типа в Западной Сибири, тре-ющих изучения с целью возможного введения их в сельскохозяйственный оборот после до-,1чи торфа, является Толмачево—Криводановское месторождение.

В настоящее время осуществляется сработка верхних слоев торфяной залежи, а остающи-м после выработки площади подготавливаются к введению их в сельскохозяйственный обо-)г. В связи с этим возникают проблемы, требующие быстрого решения: возможные преде-.1 использования торфяной залежи и оптимальная толщина остаточного слоя торфа, присного под посевы, разработка наиболее рациональной эксплуатации и мероприятий, свя-пиых с их охраной, и другие. Использование выработанных мелиорируемых торфяников в льском хозяйстве ставит перед исследователями также задачу обеспечения такой системы млепользования, которая позволила бы при максимальных урожаях сельскохозяйственных 'льтур сохранить один из самых ценных компонентов почвы — органическое вещество. Несмотря на то, что процессы изменчивости при антропогенных нагрузках, протекающие юрфяниках низинного типа Западной Сибири специфичны, их изучение позволит выявить общие, независящие от биоклиматических условий региона особенности состава, свойств поведения их при освоении, которые могут быть использованы при составлении научного югноза поведения торфяников низинного типа в процессе их освоения. Цель исследований. Выявить закономерности изменения органического вещества и со-тствуюгцих биохимических процессов торфяников низинного типа при их первичном ос-

1СНИИ.

Задачи исследований.

1. Изучить изменение состава и свойств органического вещества и интенсивности биохи-лческих процессов осушенного низинного торфяника при его выработке.

2. Определить направленность изменений состава и свойств органического вещества почв интенсивности биохимических процессов выработанного торфяника при применении раз-,1х систем удобрений.

3.Выявить особенности последействия разных систем удобрений на биохимические про-:ссы и гумусное состояние выработанных торфяников.

Научная новизна. Выявлены особенности сопряженного изменения состава и свойств ор-мического вещества и сопутствующих биохимических процессов торфяников низинного ига при их первичном освоении.

Показано, что выработка торфяников, а также освоение их с применением и без примене-1Я удобрений не влияют на основные закономерности изменения биохимических процес-и! в течение вегетационного периода, хотя наблюдаются некоторые колебания количествен->й их выраженности.

Выявлено, что в торфянике низинного типа возделывание растений без минеральных д| бавок является стимулирующим началом процессов гумификации и иммобилизации гумуо вых веществ из нерастворимой части органического вещества, тогда как при использован! разных комплексов макроудобрений с молибденом — только процесса иммобилизации; д| полнительное введение гуминовой кислоты снижает интенсивность процесса иммобилиз ции. Последействие удобрений проявляется в усилении процесса новообразования гумуо вых кислот, а их иммобилизация из гумифицирующейся органической массы практически i изменяется.

Предложены различные сочетания минеральных удобрений, позволяющих получать выо кие урожаи сельскохозяйственных культур хорошего качества, не вызывающих существент изменений в составе органического вещества выработанного торфяника.

Теоретическая и практическая значимость. Материалы и выводы работы могут и пользоваться для научно обоснованного прогноза поведения торфяников низинного тш при их первичном освоении. Для Толмачево—Криводановского месторождения предложс комплекс удобрений, позволяющий получать высокие урожаи кормовых культур хорошс качества на остаточном слое торфа после его выработки.

Защищаемые положения.

1. Выработанный торфяник через 2 и 4 года после фрезерной сработки торфа характер] зуется количественными изменениями основных параметров органического вещества и ш тенсивности биохимических процессов, которые не приводят к выходу за пределы градащ показателей гумусного и биохимического состояния, установленных для невыработашн торфяников.

2. Возделывание растений без минеральных добавок стимулирует процессы гумификаш и перевод в растворимые фракции гумусовых веществ из нерастворимой части органичесю го вещества торфяников низинного типа, а при использовании разных комплексов макр( удобрений с молибденом — только последний процесс; дополнительное введение гуминовс кислоты ослабляет влияние молибдена. Последействие удобрений проявляется в усилен i процесса новообразования гумусовых кислот, а их иммобилизация из гумифицирующеи! органической массы практически не изменяется.

Апробация работы. Основные материалы и положения диссертации опубликованы в работах, а также доложены и обсуждены на научно—практической конференции «Проблем реализации продовольственной программы Сибирского региона в новых условиях хозяйств! вания (Новосибирск, 1989), на Всероссийской научно—практической конференции «Почи Дальнего Востока, теоретические основы повышения их продуктивности, эффективности и пользования и охраны» (Владивосток, 1990), Научно—практической конференции профс сорско—преподавательского состава Новосибирского государственного аграрного универа тета (Новосибирск, 1993), на VIII Всесоюзном (Новосибирск, 1990) и II Всероссийски (С—Петербург, 1996) съездах почвоведов.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав, введения, выводов и прил< жения. Список литературы включает 158 источников. Работа изложена на 162 страница включает 40 таблиц и 13 рисунков, приложение — на 66 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Общая характеристика осваиваемого торфяника низинного типа и методическ! подходы к его изучению

Объектом исследования явился Толмачево—Криводановский торфяной массив Новосиби ской области (лесостепная зона Западной Сибири), представляющий собой типичный то фяник низинного типа. С 1983 года он используется для добычи торфа. Изучался невыраб' танный торфяник и выработанные его варианты через два и четыре года после фрезерш сработки торфа. Оценка разных комплексов удобрений на органическое вещество и биох] мические процессы проводилась на торфянике, парующемся 4 года после выработки.

Микрополевые опыты по изучению действия и последействия минеральных удобрен! проводились на участках, расположенных рядом и разделенных только картавыми канала!^ и имели следующие варианты: 1) контроль (возделывание растений без удобрений); 2) Р90К

Р90К,0 + Мо; 4) Р90К,0 + ГКМо; 5) М^К^; 6) Ы60Р90К,0 + Мо; 7) Н60Р90К,0 + ГКМо. Удо-1сния, применяемые в опытах: двойной суперфосфат 48 %, калий хлористый 54 %, аммиа-|ая селитра 34 %, молибденово—кислый аммоний (2,5 кг/га). Препарат гуминовой кислоты I срабатывающейся части торфа выделялся по методике Д.С.Орлова и Л.А.Гришиной 981), вносился в виде 0,05 % раствора при посеве семян. Культура, возделываемая на фо-: удобрений и без них — овсс «Нарымский—943». Делянки площадью 0,25 м2 разделяли за-птными полосами по 0,5 м. Повторность опытов — пятикратная. Статистическая оценка слученных данных проведена по Б.А. Доспехову (1985).

Для изучения гумуса в статике использованы образцы позднелетнего срока. Состав гумуса феделялся по методике В.В.Пономаревой и Т.А.Николаевой (1961). Показатели биохими-•ской активности определяли в течение вегетационного периода, приурочивая к фазам раз-1П1Я овса, на глубине 0—10, 10—30 и 30-60 см, в невыработанном торфянике исследования ¡юводились в толще, выходящей после фрезерной сработки торфа на поверхность. Голмачево—Криводановское месторождение представляет собой торфяник вейнико-)-тростникового типа с высоким содержанием органического вещества, степенью разложе-ия от 30 до 50 %, зольностью — от 16 до 55 %, реакцией среды близкой к нейтральной 1,25—7,05). По содержанию микроэлементов ( в частности, по Мо) торфяник относится к тбообеспеченному. Валовое содержание азота в торфе достаточно высоко, причем, с глу-мюй оно снижается, валовое содержание фосфора и калия незначительно. Сумма солей не ¡К'вышает 0,03—0,05 % (Лесто, Степанова, 1991).

Глава II. Гумусное и биохимическое состояние невыработанного осушенного торфяника Невыработанный торфяник изучался как контрольный вариант при оценке качественных количественных изменений, происходящих в органическом веществе во времени при вы-|ботке и освоении торфяных массивов. Основной их особенностью являются значительные шасы углерода и азота (около 2000 т/га и 200 т/га в метровой толще соответственно), пре-">ладание в составе гумуса гуминовых кислот над фульвокислотами (Сг|с:Сфк в органогенной VIще колеблется в пределах 1.46—2.34), неоднородность по составу органического вещества >езкое отличие состава гумусовых веществ органогенных и минеральных подстилающих го-понгов), а также разная, но в целом высокая насыщенность органического вещества азо->ч (рис. 1,А,в)

Характер электронных спектров гуминовых кислот разных горизонтов исследуемой толщи : идентичен. Существенные различия в интенсивности и наклоне кривой светопропускания .(явлены между верхней и нижней частью органогенной толщи, переходными органо—митральными горизонтами и минеральной подстилающей толщей. Как следует из абриса спек-юв, нижняя переходная часть формировалась еще не в условиях избыточного увлажнения, ^скольку гуминовые кислоты не содержат фракции Pg, тогда как в спектрах органогенной |сти торфяника выделяются пики, соответствующие этой фракции (Орлов, 1974). В верхней части они имеют более низкие коэффициенты цветности (Е4:Е6), повышенные иффициенты светопропускания, небольшие различия оптических свойств гуминовых кис->т I и III фракций (рис.1,А,д), увеличивающиеся в нижней органогенной толще. Совокуп-исть гуминовых кислот минеральной части профиля торфяника специфична: все фракции юго компонента гумуса имеют, судя по характеристикам оптических свойств, сходное строже. Таким образом, в целом с глубиной конденсированность гуминовых кислот возраста-г. Это подтверждается и результатами изучения их элементного состава: с глубиной увели-тается доля углерода (в среднем от 30 % в верхнем горизонте до 40 ат. % — в нижнем), оля водорода, наоборот, уменьшается в среднем на 5—10%. Содержание азота колеблется в г 1.8 до 2,1%, гуминовые кислоты относятся к окисленным формам. Насыщенность их азо->м при этом с глубиной снижается (рис.1,А,г ).

Анализ материалов показывает, что по совокупности изученных характеристик толща осу-1СННОГО невыработанного торфяника может быть разделена на 3 условные части. Каждая из шх частей венчается горизонтом наибольшей аккумуляции гуминовых кислот и минималь-ым — негидролизуемого остатка, различается характером изменения свойств отдельных ;)мпонентов и их фракций по профилю (рис. 1,А,а)

Верхняя часть (до глубины 40—50 см) отличается следующими характеристиками: содержа-пе общего органического углерода достаточно высоко (в среднем составляет четверть от

массы торфа), доля азота не превышает 2,4—2,7 % от массы, запасы С и N невысоки и с( ставляют около или менее трети запасов в метровой толще, при этом объемный вес торфа ■ наиболее низок. Эта часть характеризуется равномерным содержанием гуминовых кислс фракции I и III, но постепенно-убывающим распределением группы гуминовых кислот в ш лом. Отношение Сгк:Сфк изменяется в среднем от 2,1 до 1,5, следовательно происходит изм! нение гумуса от гуматного типа к фульватно—гуматному. Отмечается аналогичный характс распределения азота в этой части невыработанного торфяника (рис. 1,А,б). Верхняя часть х; рактеризуется также совокупностью гуминовых кислот с более низкими коэффициентам цветности, увеличением их с глубиной в пределах толщи, и существенными различиями кс эффициентов оптической плотности между гуминовыми кислотами разных фракций.

Рисунок 1 Характер изменения основных характеристик органического вещества в профиле низинного торфяника

Обозначения: А - невыработанный торфяник; Б - через два года после выработки; В - через четыре года после выработки;

а - характер изменения углерода основных компонентов и фракций органического вещества:

777771 - ГК1, ГКШ, ММ -ФК1а, СИЗ -ФК1+П+Ш, Ешв - негидролиэуемый

остаток;

б - характер изменения азота основных компонентов и фракций органического вещества: обозначения те же, что и в "а";

в - изменение в профиле общего содержания углерода и азота и их соотношения:

- - общий органический углерод. %; —н—общий азот, %;—л—С:№;----- С^'.Сф«;

г - атомные отношения основных элементов в гуминовых кислотах: ел - С:Ы, - Н:С; д - коэффициенты цветности гуминовых кислот: —м— -ГК1,..........ГК11, « » -ГШ.

Средняя часть (до 100 см) характеризуется наиболее высоким содержанием органического лерода и азота, наибольшими их запасами ( на фоне более высокого объемного веса тора) и мало изменяемым соотношением C:N, постепенным уменьшением с глубиной доли гу-иновых кислот фракций I и III, а в целом этот компонент гумуса (учитывая гуматы каль-11я), имеет в пределах рассматриваемой толщи убывающе—возрастающий характер. Группа ульвокислот характеризуется резким сокращением доли в составе гумуса в верхней части и ;>чти равномерной — в средней. Доля углерода негидролизуемых веществ значительно вые, чем в предыдущей толще (в среднем более 45 %). Тип гумуса — гуматный и фульват-:>—гуматный. Характер распределения органического азота соответствует распределению гу-усовых веществ. Эта толща отличается более высокими величинами коэффициентов цветаста всех фракций гуминовых кислот, которые имея близкие соотношения элементов угле->да и водорода, характеризуются меньшей насыщенностью азотом.

Третья часть — минеральная подстилающая толща (100—120 см) содержит от 4 до 5 % ор-шического углерода и примерно одну десятую долю от него — азота, и хотя объемный вес их почвенных горизонтов выше, чем в органогенных, но запасы обоих элементов невели-I. Эта часть характеризуется дальнейшим постепенным снижением доли гуминовых кислот ракции I, увеличением — ГК II и III, неизменным и очень низким содержанием, как и в маногенной толще, фульвокислот фракции 1а, постепенным снижением общего количест-I фульвокислот и уменьшением доли негидролизуемых форм органического вещества. Со-

I ношение Сгк:Сфк составляет около 2,5, что свидетельствует о резком возрастании гуматно-

II органического вещества. Содержание азота по сравнению с органогенными горизонтами, леньшается в гуминовых кислотах фракции III и негидролизуемом остатке, увеличивается ■ в составе фульвокислот и в гуминовых кислотах, выделяемых после предварительного де-ичьцирования массы торфа. Совокупность гуминовых кислот третьей, минеральной части рофиля торфяника, является, можно сказать, уникальной: все фракции этого компонента муса имеют сходное соотношение периферических и «ядерных» группировок, отражающе-:и в очень близких величинах коэффициента цветности (около 3,0), однако в целом опти-.•ские свойства ГК увеличиваются в ряду ГК1—>ГКП—>ГК—III.

Исследуемый осушенный невыработанный торфяник, взятый в качестве контроля, харак-•ризуется тем, что интенсивность биохимических процессов в течение летнего периода из-енпется закономерно: выделение углекислого газа, а также активность азотфиксации суще-[ венно увеличиваются к позднелетнему периоду, активность аммонифицирующего процес-I при этом снижается (рис.2,А).

Таким образом, как верхняя часть невыработанного торфяника, используемого на добычу >рфа для сельскохозяйственных нужд, так и средняя часть, остающаяся после выработки и спользуемая для возделывания сельскохозяйственных культур, имеют оптимальный состав ¡жшического вещества и насыщенность его групп и фракций азотом, а также типичный для изинных осушенных невыработанных торфяников биохимический фон. Глава III. Гумусное и биохимическое состояние выработанных торфяников. Работ, специально посвященных изменению гумусного состояния торфяников при выра-;)тке мало. Площади разработок после добычи торфа для нужд сельского хозяйства очень метро стали увеличиваться только в последние десятилетия. До этого торф изучался в ос-овном как субстрат и основа для удобрений. Естественно, что при этом вопрос об изучении иработанных торфяников с целью их сельскохозяйственного использования не вставал и менно поэтому о выработанных вариантах имеются упоминания в том или ином контексте немногих публикациях (Шинкарева и др., 1973; Аксенов и др., 1976; Галкина, 1982; Логи-ов, 1985; Лесто, Степанова, 1991; Ломако, Потапова, 1991; и др.)

Анализ полученных данных показал, что через два года после фрезерной сработки торфа роисходит некоторое снижение содержания общего углерода и азота по сравнению с аналойными слоями невыработанного торфяника, запасы в 50-см органогенной толще умень-киотся, но при этом отношение C:N существенно не меняется. Потери общих запасов ор-шического вещества и азота в этой толще составляют 300 и 15 т/га соответственно. Выяв-ено снижение доли гуминовых кислот, а внутри этой группы гумусовых веществ происхо-ит перераспределение углерода: возрастает доля гуминовых кислот фракции III, снижается - гуматов кальция, а доля бурых гуминовых кислот практически не изменяется (рис. 1,Б).

С02/г

7С-5030 10'

С2Нг/г

50 30 10

— 1411

%

50 30' 10

гя-

ж

1тп Гк-

50 • 30 ■ 10 •

щ

20.07 25.07 31.08 О.

20.07

25.07 31.08

<5

з •

В

аЛ-

хи.

20.07 25.07 31.0 6

Рисунок 2 Изменение показателей биохимической активности выработанных торфяников за период вегетации

Обозначения: А - невыработанный торфяник; Б - через 2 года

после выработки; В - через 4 года после выработки; а - интенсивность выделения углекислого газа (мг С02/г торфа в сутки), б - нитрогеназная активность (мг С2Н2/г торфа в сутки); в - протеолитическая

активность (% разложения желатины),_

Глубина: СИ- 0-10 см,ШЩ- 10-30 см, ИШШЁ - 30-60 см.

еличина Сгк:Сфк уменьшается в среднем с 1.7—2.9 до 1.6—2.0.

Через 4 года после выработки торфяника соотношение всех основных групп органическо-) вещества остается таким же, как и при первых сроках после выработки. Можно отметить, lo в 50—см органогенной толще происходит незначительное уменьшение доли гуминовых ислот (на 2—3 %) и наблюдается более равномерное распределение в толще фульвокислот. нижних горизонтах количество гуминовых кислот снижается более существенно (в сред-L-M на 10 %), а доля фульвокислот — в среднем на 5—7 %. Изменение всех фракций гуми-пных кислот происходит в пределах 2—4 %, т.е. в пределах возможных флуктуаций. Соотносите углерода гуминовых кислот и фульвокислот не изменяется (рис. 1,В). Через два года после фрезерной сработки торфа доля азота фракции I и III гуминовых ки-ют возрастает в основном за счет перехода его из негидролизуемого остатка. Практически пзу же после выработки в торфянике происходит переход азота из труднодоступных соеди-сннй в более доступные формы: возрастает доля азота фульвокислот. В связи с этим высво->ждающееся количество азота становится более подвижным и может использоваться сель-<охозяйственными культурами при выращивании их на выработанном торфянике. Через 4 via после выработки, в связи с минерализацией азота растворимых фракций гумусовых ве-iccTB, возросла доля азота в негидролизуемых формах органического вещества, а изменения : в разных фракциях гуминовых кислот происходит в пределах флуктуаций. Процесс выработки в целом не существенно влияет на соотношение углерода и азота в ор-шмческом веществе: насыщенность гумуса азотом в целом практически также изменяется в релелах флуктуаций. C:N несколько увеличивается только в нижней части органогенной viimi через два года после выработки (рис. 1, Б,в).

Коэффициент цветности гуматов кальция резко уменьшается как при выработке, так и в »ни со сроком, прошедшем после нее, в то время как оптические свойства гуминовых ки-|от фракции III практически не изменяются. С увеличением срока парования после выра-угки изменяется соотношение элементов в составе гуминовых кислот: атомное отношение /С уменьшается и достигает минимальных значений через 4 года, насыщенность гумино-.ix кислот азотом существенно возрастает и отношение C/N уменьшается в среднем на 3—5 пшиц (рис.1, В,г).

Выработка торфяников практически не влияет на направленность процесса выделения уг-.•кислого газа: максимальное его проявление отмечается в конце летнего периода, как и в i*выработанном торфянике, но количественные показатели зависят от сроков, прошедших исле выработки (рис. 2, а). Изменение активности протеаз и нитрогеназ как за летний пе-иод, так и с глубиной, подчиняется тем же закономерностям, что и в невыработанном тор-янике, отличаясь только количественно (в частности, в зависимости от срока, прошедшего исле выработки, активность протеаз и нитрогеназ снижается, в то время как целлюлолити-:ская активность повышается), (рис. 2, б, в).

Таким образом, изменения во времени гумусного и биохимического состояния после фре-:рной сработки торфа происходят в пределах градаций показателей, установленных для не-мработанных торфяников.

Глава IV. Влияние первичного освоения на гумусное и биохимическое состояние вырабо-IIтого торфяника низинного типа.

Первичное освоение низинных выработанных торфяников без удобрений и с разными пмплексами минеральных удобрений приводит не только к существенному изменению corana и свойств гумуса, но и к увеличению массы растений, выращиваемых на зеленый корм. При возделывании растений без внесения минерального питания в первый год (действие) роисходит увеличение общего содержания органического вещества и долей гуминовых и ульвокислот. Неоднозначное возрастание количества ГК и ФК приводит к расширению со-шошения между ними, особенно в корнеобитаемом слое (рис. 3). Увеличение доли гуми-овых кислот происходит за счет высвобождения их при разложении и гумификации поверх-остных тканей органического вещества. Большая часть их связывается с Ca. Об этом сви-:тельствует не только увеличение доли всех фракций гуминовых кислот, но и уменьшение удержания негидролизуемого остатка (с 45—50% в неосвоенном до 31—36% в освоенном ва-ианте), а также изменение оптических свойств разных фракций ГК.

На следующий год (последействие) выращивание растений без удобрений приводит к

' 2) ! ? I •

*~20 % | У. го У, а у. , 7 , , у,

ч

Контрой

РооКоо

РооКоо+ГКМо г 4

? Я ъ

ИеоРооКио . ?. ¡1

НбоРдоКдо*Мо

10

гр У ОИХ

77

»аоРдоКоо»ГКМо

4 года после аыработки

Рис. 3 Изменение некоторых характеристик органического вещества в зависимости от применяемых удобрений

Обозначения: А - действие; Б - последействие; В - выработанный

торфяник;--общий углерод, %;--- С^Сф«;

—«и--сумма ГК; -I—I- - сумма ФК.

В

50

ченьшению содержания органического вещества (в среднем на 2—5 %) по сравнению с дей-гпмем, а также изменению соотношения отдельных групп и фракций гумуса (рис.3). Доля зстворимых веществ в целом несколько уменьшается, а соотношение в них гуминовых ки-ют и фульвокислот расширяется, особенно в верхней 20-см толще торфяника, где Сгк:Сфк неличивается до 4,6 — 3,6. В элементном составе и оптических плотностях гуминовых кислот принципиальных изме-сний не происходит, кроме явного сокращения доли азота, а также возрастания коэффици-пта цветности ГК—III в последействии.

Сравнительный анализ результатов изменения органического вещества выработанного не-евоенного торфяника под влиянием удобрений показал, что применение только фосфор-о—калийных удобрений и комплекса с Мо и ГК, в целом дает картину повышения гумат-ости органического вещества по отношению к неосвоенному варианту, тогда как введение I приводит скорее к увеличению фульватности или в крайнем случае — малому изменению ачества гумусовой составляющей торфов. В последействии внесение фосфорно—калийных :юбрений без и с добавлением Мо и Мо с ГК изменяет соотношение основных компонен-[>в гумусовых веществ однозначно и существенно: происходит увеличение Сгк:Сфк, особенно вариантах РК и РК с молибденом ( с 1.6—2.0 в неосвоенном варианте до 2.2—3.8 — в раз-ых горизонтах и вариантах опыта). Применение NPK и ^К с Мо также однозначно (и ана-огично влиянию в действии) сужает соотношение гуминовых кислот и фульвокислот по равнению с неосвоенным парующимся торфяником. Таким образом, последействие удобрений проявляется более определенно, а направлен-ость изменений зависит от присутствия в комплексе азота.

Анализ изменений, происходящих в составе гумуса при использовании удобрений, по от-ошению к варианту с выращиванием растений без них (контроль) показал: что в корнеоби-аемом слое применение всех комплексов удобрений в абсолютном большинстве случаев в ервый год их внесения уменьшает величину отношения Сгк:Сфк, в последействии — толь-

0 внесение азота изменяет соотношение основных компонентов более, чем в три раза (от .5—3.6 в контроле, до 1.3—1.1— при NPK) (рис. 3); существенных изменений во фракцион-ом составе гумусовых веществ по сравнению с контролем не наблюдается: лишь в виде тен-енции уменьшается доля ГК фракции I , а при полном минеральном питании — еще и >ракции III, тогда как содержание гуматов кальция флуктуирует возле средних значений в 0-15%.

Последействие минеральных удобрений по сравнению с действием приводит либо к уве-пчению гуматности органического вещества торфа (особенно в вариантах с фосфорно—ка-ийным питанием), либо существенно его не изменяет (при полном минеральном питании).

1 целом можно отметить усиление процесса гумификации в последействии (о чем свиде-ельствует расширение отношения Сгь:Сфк) в ряду РК—> РК+Мо —> РК+ГК+Мо —> кон-роль.

Параллельное и закономерное изменение элементного состава гуминовых кислот и их птических свойств позволяет предположить, что использование удобрений с азотом при-однт не к иммобилизации его гуминовыми кислотами, а к усилению минерализации азот-одержащих группировок из периферической части гуминовых кислот. Это обусловливает зменение насыщенности их азотом. То, что идет «вмешательство» в периферию гумино-ой кислоты свидетельствуют одинаковые величины коэффициентов оптических плотно-тей при разном соотношении ее с «ядром», т.е. двойные сопряженные связи не затраги-аются процессами превращения органического вещества под действием минеральных удо-рений, а ациклические алифатические группировки, то разлагаются микроорганизмами, о вновь восстанавливаются, о чем и говорят флуктуирующие значения свойств ГК (табл.1, ис. 4).

Биохимический фон торфяников при использовании разных комплексов удобрений зави-ел от погодных условий, однако общие тенденции изменения отдельных энзиматических указателей в течение вегетационного периода аналогичны таковым парующегося варианта, отя количественная выраженность их различна. В качестве примера приводим результаты 1зучения интенсивности выделения С02 (рис. 5) и целлюлозоразлагающей активности габл. 2).

„ —i г_t

Контроль

e_t

e_i

P00K90

e-j

i

PaoKgo+Mo

?_i

/ \

Р00К90+ГКМ0

I

N60Ps0KB0

Рисунок 4 Влияние минеральных удобрений на коэффициент

0,01 % с

оптической ПЛОТНОСТИ Ех.465, h1c«

Обозначения: А - Действие минеральных удобрений; Б - Последействие удобрений; --ГК1; -ГК1+11;-»--ГК111

NeoPooKgo+rWto

N6oPgoKso+Mo

Таблица 1

Влияние удобрений на элементный состав гуминовых кислот

Варианты опыта Глубина, см Атомная доля, % Атомные отношения

С Н N 0 Н: (J U:l! U: N 00

Контроль 10-20 34.07 34.09 41.40 41.75 2.06 1.76 22.49 22.41 1.22 1.23 0.66 0.66 16.54 19.37 +0.11 +0.09

Р90К90 10-20 20-30 35.78 35.74 38.89 36.67 2.01 1.90 23.33 25.70 1.09 1.03 0.66 0.72 17.80 18.81 +0.22 +0.38

PgoKgo+Mo 10-20 20-30 33.23 35.41 42.11 41.05 1.96 1.96 22.71 21.57 1.27 1.16 0.68 0.61 16.95 18.07 +0.10 +0.06

Р90К90 +ГКМ0 10-20 20-30 33.50 37.21 42.35 39.26 2.23 1.98 21.92 21.55 1.26 1.05 0.65 0.58 15.02 18.80 +0.04 +0.10

N60P90K90 10-20 20-30 34.27 35.58 45.54 44.85 1.72 1.57 18.48 18.01 1.33 1.26 0.54 0.51 19.92 22.66 -0.25 -0.25

НбоРэоКдо +Мо 10-20 20-30 35.64 34.61 44.53 43.83 1.66 1.72 18.18 19.84 1.25 1.24 0.51 0.58 21.47 20.12 -0.23 -0.12

N60P90K90 +ГКМО 10-20 20-30 34.81 33.33 45.09 44.24 1.57 1.32 18.55 21.12 1.30 1.33 0.53 0.64 22.17 25.25 -0.23 -0.06

110

100 -

во

80

70 "71

во - ■ шш

60 Ь

40 " ■ 1 0

30 11°°

20 .*• |1 Н 10 0

10 1 9

0 -•'■ ВШНо

110 100 90 «О 70

во

50 40

за 20 10 о

I гуцшия

Г~Ь-пм

Фаза «ущания

Фмаыходаа

т»Лу

А

Фам попоит ия уОоркм

Фазе выхода в

тпгвиу

Фаза хопошет*-уборм

9

»:

II

8 н

а & х ^

м

о

110 100 и м

70

во 60 40

30 20 10 О

_ ТС о л >

! 0 / X

0 %

0 х

л. 0 X

0 ? X

Фаза кущения

выхода а

трулу

Фяэа «спошенеь у бореи

В

Рисунок 5 Влияние минеральных удобрений на

интенсивность выделения углекислого газа Глубина: 0-10 см Обозначения: А - Действие (первый год), Б - Действие (второй год), В - Последействие;

I I - Контроль, ГлТу! - РэоКво, ШИШ - РэоКэо+Мо, ЕЗЗ - РаоКю+ГКМо, Ега - ^РиоКдо, ИШ - МеоРэоКэо+Мо, - ЫеоРэоКэо+ГКМо.

X

00

X

X

X

х

Б

Внесение различных комплексов минеральных удобрений существенно увеличивало уро-айность культуры как в действии, так и в последействии (в среднем в 2—4 раза). Добавле-ие Мо значительно повышало урожайность сельскохозяйственной культуры, введение в эмплексы удобрений гуминовой кислоты ослабляло его действие (рис.6). Возделывание рас-:ний на следующий год после внесения удобрений приводило не только к значительному

Таблица 2

Влияние минерального питания на целлюлолитическую активность выработанного торфяника

Фазы развития растений Процент разложения х/б ткани

Кущение Выход в трубку Колошение

Варианты опыта А* Б* В* А Б В А Б В

Контроль PgoKgo Р90К90+М0 РдоКдо+ГКМо NeoPgoKgo МбоРдоКдо+Мо 6.7 13.5 1.8 4.1 16.8 15.0 10.0 13.4 8.2 8.9 21.6 9.3 11.8 9.2 12.8 5.2 7.8 0.9 15.5 17.4 19.4 21.3 18.3 19.1 14.4 21.7 18.1 16.3 19.8 11.1 12.1 10.3 12.9 9.1 7.2 10.8 26.3 25.7 28.8 20.9 29.1 41.0 23.9 24.6 31.1 25.7 59.3 12.2 39.3 25.3 22.9 22.9 21.0 12.2

*А —действие удобрений, 1987 г.; Б —действие удобрений, 1988 г.; В — последействие удобрений, 1988 г.

снижению урожайности культуры, но и к ухудшению качества получаемой продукции: прс исходит резкое накопление нитратов зеленой массой растений, независимо от варианте опыта, превышающее ПДК в 3-5 раз (рис.7).

Применение Р,,,,К<м+Мо и Р90К90+ГКМо является предпочтительным, поскольку позволяе получать качественную продукцию растений, возделываемых на зеленый корм. Только в эп: вариантах в первый год внесения минерального питания содержание нитратов в зеленой мае се ниже, чем предельно допустимая их концентрация, а урожайность наиболее высокая.

ВЫВОДЫ

1. Гумусное и биохимическое состояние невыработанного торфяника позволяет считан что прогноз относительно его использования в сельскохозяйственном производстве пос; фрезерной сработки вполне благоприятен, так как содержание и запасы органического угле рода и азота в переходном, выходящем на поверхность, горизонте, также как насыщенное] гумуса азотом и доля гуминовых кислот достаточно высоки, а резервный фонд пополнени растворимых при обычных условиях гуминовых кислот (фракция III) составляет более одно пятой углерода торфяной массы. Длительное сельскохозяйственное использование, сработь («сгорание») торфа и постепенный выход на поверхность подстилающего органо-минерал1 ного горизонта не должно оказать существенного влияния на изменение условий возделыв; ния культур, поскольку все параметры гумусного и азотистого состояния его отличаются с предыдущего несущественно, за исключением общего содержания и запасов этих элементе:

2. Выработка торфяника и парование его после сработки торфа в первые 2—4 года привс дят к количественным изменениям основных параметров органического вещества, однак это не влечет за собой выход характеристик за пределы градаций, установленных для невь работанных торфяников. Гумус — гуматный и фульватно—гуматный, насыщенный азотом, преобладанием гумифицирующихся и негидролизуемых форм органического вещесп (фракция ГК—III и негидролизуемый остаток) характерен и для невыработанных, и для вь работанных и парующихся короткий период времени, торфяников.

3. Процесс выработки не влияет существенно на соотношение азота и углерода в оргаш ческом веществе в целом, а большинство изменений азота в группах и фракциях гумусовь веществ является флуктуациями и лишь некоторые имеют форму тенденций.

4. В гуминовых кислотах торфа в связи с его выработкой увеличивается периферическа часть, несмотря на активный процесс разложения и минерализации органического веществ;

г/х2

7000 ■

II III IV

VI VII

Рисунок Б Влияние освоения выработанного торфяника применением удобрений и без них на урожайность зеленой массы овса

Обозначения: I - Контроль, II - РюК«, III - PgoKw+Mo, IV - РюКю+ГКМо, V - NtoPjoK«, VI - NUPjoKW+MO, VII - NeoP(oK«)+rKMo; -»-а- - Действие (1987), - Действие (1988), -—«- - Последействие (1338).

МГ/кг

Рисунок 7 Влияние ллшеральньос удобрений на содержание нитрлто» в зеленой массе растений

Обозначения: | контроль. | "]- мохэо, РЭОКЭО+Мо, IVо"|- РЭОКЭО^ПО-Й»,

У//Х" Ы«2Р90К90, К60Р90КЭ0*Мв,

ЫбСРЭОКЭО+ГМКв.

что, по—видимому, происходит за счет иммобилизации ими биогенных азотистых вещест насыщенность азотом макромолекул во времени увеличивается в среднем на 3—7 единиц пг несущественном изменении доли углерода и азота.

5. Выработка торфяников не влияет на основные закономерности изменения биохимиче! ких процессов в течение вегетационного периода, хотя наблюдаются некоторые колебаш количественной их выраженности. Общая напряженность биохимических процессов, опр| деляемая по интенсивности выделения углекислого газа, в целом уменьшается со времене> прошедшем после фрезерной сработки торфа.

6. Возделывание растений является стимулирующим началом процессов гумификации перевода в растворимое состояние гумусовых веществ из нерастворимой части органическ( го вещества, а также повышения интенсивности биохимических процессов в целом.

7. Усиление гуматности органического вещества возрастает в ряду: выработанный торф) ник ——> действие минеральных удобрений—> последействие минеральных удобрений —— выращивание растений без удобрений в действии и, особенно, в последействии.

8. Использование разных комплексов макроудобрений с молибденом стимулирует пронес иммобилизации гумусовых веществ из нерастворимых их форм, дополнительное введение г; мииовой кислоты снижает его интенсивность. Напряженность биохимических процессов абсолютном большинстве случаев усиливается при использовании разных комплексов удоЕ рений, однако в первый год их внесения интенсивность действия ферментов выше, чем в ш следействии.

9. Первичное освоение низинных выработанных торфяников без удобрений и с разным комплексами минеральных удобрений показало, что в условиях лесостепной зоны Западно Сибири на торфянике карбонатного типа, насыщенного азотом, с недостатком фосфора калия, с незначительным содержанием микроэлементов и в том числе — молибдена, внеа ние разных комплексов удобрений приводит не только к существенному изменению соста1 и свойств гумуса, но и к увеличению массы растений, выращиваемых на зеленый корм.

Лучшими вариантами для выращивания экологически чистой продукции при первично сельскохозяйственном освоении выработанных низинных торфяников, аналогичных такс вым Толмачево—Криводановского месторождения, является возделывание растений с приме нением следующих сочетаний удобрений: Р90К90+Мо, РэдК^+ГКМо.

Список опубликованных работ

1.Изменение гумусного состояния низинных торфяников в процессе выработк //Тез.докл.науч.—практ.конф. «Проблемы реализации продовольственной программы Сиби[ ского региона в новых условиях хозяйствования». Новосибирск, 1989.-С.28

2.Биохимическая активность выработанных торфяников //Тез. докл. VIII Всесоюзного със зда почвоведов. Новосибирск, 1989.—С.325

3.Влияние антропогенных факторов на биохимические показатели торфянике //Тез.докл.Республ.науч.—техн.конф. «Интенсивное земледелие и охрана окружающей ср( ды». Волгоград, 1989.-С.325

4.Изменение органического вещества низинных торфяников при их первичном освоени //Тез.докл.Российской науч.—практ.конф. «Почвы Дальнего Востока, теоретические основ повышения их продуктивности, эффективности использования и охраны». Владивосто! 1990 - С.64

5.Азотный режим низинных торфяников и эффективность азотных удобрений //Совег шенствоание элементов технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условш лесостепи Западной Сибири/Труды Новосиб.СХИ. Новосибирск,1991.- С.64—69 (в соавтор стве)

6.Органическое вещество низинных торфяников, вводимых в сельскохозяйственный обе рот //Проблемы науки и производства в условиях аграрной реформы /Тез.докл. Новое! бирск: НГАУ, 1993,—С.23—24

7.Влияние удобрений на гумус низинных торфяников и урожай овса //Тез.докл.II съезх почвоведов России, Санкт-Петербург, 1996.— Часть II.— С.393

8.Направленность изменений органического вещества низинных торфяников при их пер вичном освоении /Препринт, Новосибирск: Изд.ИПА СО РАН, 1996.— 24с. (в соавторстве