Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ ПРИ ПРЕКРАЩЕНИИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ ПРИ ПРЕКРАЩЕНИИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ"

(/7 На правах рукописи

ФОМИНА Анна Сергеевна

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ ПРИ ПРЕКРАЩЕНИИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность: 03.00.27 -- почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - Пушкин - 2005

Работа выполнена на кафедре почвоведения Санкт-Петербургского Государственного Аграрного Университета

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Дмитрий Викторович Чернов

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Осипов Анатолий Иванович

кандидат сельскохозяйственных наук Попов Александр Иванович

Ведущая организация: федеральное государственное учреждение

«Государственный центр агрохимической службы «Ленинградский»

Защита состоится 9 июня 2005 года в гг часов на заседании диссертационного совета Д.220.060.03 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу:

196600, Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, дом 2, корп. 1-а, аудитория 239.

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

Автореферат разослан « б » мая 2005 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. В России состояние почвенного покрова неудовлетворительно, а в некоторых районах критическое. Из 190 млн, га сельскохозяйственных угодий около 70 млн. га подвержены эрозии и дефляции, 73 млн, га имеюг повышенную кислотность, более 40 млн. га в разной степени засолены, 26 млн, га - переувлажнейы и заболочены, 12 млн. га засорены камнями, 7 млн, га заросли кустарниками и мелколесьем, около 5 млн. га загрязнены радионуклидами и более 1 млн. га подвержены опустыниванию (Урванцев, 2002; Добровольский, 2004).

Дерново-подзолистые почвы составляют основу пахотного фонда России и широко распространены на территории Северо-запада Нечерноземной зоны России.

В последние годы резко уменьшились капитальные вложения в сельское хозяйство России, в связи с чем произошло снижение доз вносимых минеральных, органических удобрений и известковых материалов, или полный отказ от них. Наряду с этим часть ранее используемых почв выведена из сельскохозяйственного оборота и в настоящее время представляет собой массивы, занятые многолетней травянистой растительностью, малоценным мелколесьем и постепенно зарастающие древесными породами. По различным данным (Ефимов, Иванов. 200); Добровольский, 2004; Сазонов, 2004), за последние 10 - 14 лет плошадь обрабатываемых земель в России сократилась на 30 - 40 млн. га. В связи с этим происходит изменение свойств ранее окультуренных почв, поэтому изучение подобных изменений во времени является особо актуальным.

До настоящего времени исследования, направленные на изучение изменения свойств дер но во-подзол истых песчаных почв при прекращении антропогенного воздействия во временном ряду до 100 лет не проводились.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований являлось установление скорости и направленности процессов почвообразования и изучение характера изменения свойств дерново-подзолистых песчаных почв при прекращении антропогенного воздействия в следующем возрастном ряду: 10, 20, 60 и 100 лет.

В задачи исследований входило:

1, Проследить изменения характера растительности, строения профиля и морф о генетических свойств залежных почв различного возраста в сравнении с целинным и пахотным аналогами.

2, Определить характер изменения гранулометрического состава и плотности сложения залежных почв при отсутствии механической обработки.

3, Изучить особенности гумусового состояния дерново-подзол истых песчаных почв при смене растительности с культурной на естественную (травянистую и лесную).

4, Установить влияние различного уровня антропогенного воздействия на кислотно-основные свойства почв,

5, Изучить содержание и формы соединений калия, фосфора и железа

в залежных почвах.

ЦНБ МСХА

Научная новизна. Впервые в условиях Северо-запада Нечерноземной зоны России выполнены исследования морфогенетнческих, кнслотно-основных свойств, гумусового состояния, содержания и состава соединений калия, фосфора и железа дерново-подзол истых песчаных почв, оставленных без сельскохозяйственного использования 10,20,60 и 100 лет назад.

Научные положении, вы носимые на защиту:

1. С увеличением времени нахождения в залежи дерново-подзолистой песчаной почвы положительные изменения ее состава и свойств, приобретенные в процессе окультуривания постепенно утрачиваются. Почва стремится к исходному целинному состоянию, устойчивому в данных биоклиматических условиях.

2. В залежных почвах бывший пахотный слой дифференцируется на две части, в нижней из которых деградация изученных свойств происходит более интенсивно.

Практическая значимость. Исследование свойств залежных земель позволяет рассмотреть изменения, происходящие в таких почвах во времени. Результаты показывают, что ранее окультуренные почвы при прекращении антропогенного воздействия теряют благоприятные свойства, приобретенные в процессе интенсивного использования.

В современных условиях ведения сельского хозяйства необходимо изучать свойства почв, оставленных без антропогенного воздействия, с тем, чтобы при необходимости расширения площади используемых земель в будущем иметь представление о состоянии залежных почв в определенный момент времени. Это позволит выбрать наиболее оптимальный участок для повторного вовлечения в культуру, либо для использования в других целях (лесораститель-ных).

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на внутри вузовских научных конференциях СПбГАУ (в 2002, 201)3 гг.); на конкурсе на звание «Адъюнкт РАЕН» в рамках VII международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (Москва, 2003); на междун а родной конференции «Цели и задачи почвоведения и питания растений в курсе интеграции в ЕС» (Каунас - Литва, 2003); на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых Северозападного Федерального округа «Молодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе» (Пушкин, 2003); на Всероссийской конференции «VII Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2004); на Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов (Москва, 2004); на 12-й Всемирной конференции по механизации полевых экспериментов (Санкт-Петербург, Пушкин, 2004); на IV съезде Докучаеве кого общества почвоведов (Новосибирск, 2004).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ.

Объем н структура работы. Диссертация изложена на 158 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, включает 20 таб-

лиц, 1 ] рисунков и 4 приложения. Список литературы включает 227 наименований работ, в том числе 35 на иностранных языках.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете в 2002 - 2004 годах.

Содержание работы В первой главе дан обзор литературы по состоянию земель России в настоящее время, приведены имеющиеся данные о современных деградационных процессам в почвах России, дана формулировка термина «деградация» в понимании современных исследователей, рассмотрены виды деградации почв.

Во второй главе - Объекты н методы исследований • приведено описание объектов и методов исследования свойств почв.

Основными объектами исследований явились дерно во-по дзо ли стые песчаные почвы, не используемые 10, 20, 60 и 100 лет, В качестве объектов сравнения привлечены целинная дер но во-подзолистая песчаная почва и пахотная почва под посадкой картофеля. Все почвы сформировались на плоских водораздельных пространствах, одинакового гипсометрического уровня и расположены в Лужском районе Ленинградской области, материнской породой явились флювиогляциальные пески (таблица I).

Таблица I - Гранулометрический состав почвообраэующих пород

Содержание фракций в % от массы сухой навески почвы

Угодье Размер фракций, мм

1-0,25 .А £ О О 0,05- 0,010,005 0,0050,001 <0,001 о о V 1-0.25 0,25 -0,0s

Лес 56,33 40,05 1,35 0,55 0,91 0,81 2,27 1,40

Пашня 57,39 38,85 1,27 0,58 0,81 1,10 2.49 1,47

Залежь Шлет 58,31 38,18 1,02 0,49 0,95 1,05 2,49 1,52

Залежь 20 лет 55,62 40,87 1,19 0,51 0,85 0,96 2,32 1,36

Залежь 60 лет 56,04 39,90 J т40 0,75 0,98 0,93 2,66 1,40

Вторичный лес 55,02 41,06 1,39 0,57 0,93 1,03 2,53 1,33

Целинная почва представляет собой дсрново-сильноподзолистую песчаную почву под смешанным осрезово-сос новым лесом с травяно-кустарничково-моховым наземным покровом. Для строения профиля характерно резкое расчленение на генетические горизонты, что свидетельствует о сопряженном протекании дернового и подзолистого процессов.

Пахотная хорошо окультуренная почва находится более 200 лет в культуре. Обладает мощным гомогенным пахотным слоем (0-30 см).

Залежь Ю лет (участок ранее хорошо окультуренной почвы), В растительном покрове преобладает злаковый компонент: тимофеевка луговая, ежа сборная, овсяница луговая. Присутствуют бобовые: клевер луговой, мышиный горошек.

Залежь 20 лет (участок ранее хорошо окультуренной почвы) (участок ранее хорошо окультуренной почвы). В растительном покрове доля злаковых уменьшается, появляются растения ацндофилы (щавель, осока пальчатая, ситник нитевидный), редкая лоросль сосны.

Залежь 60-летнего возраста. Растительный покров представляет собой изреченный сосновый лес с примесью березы, В травянистом покрове бобовые и злаковые травы отсутствуют, преобладают хвош полевой, щавель, марьянник дубравный, осока пальчатая, ситник нитевидный, появляются мхи.

Вторичный лес (залежь 100-летнего возраста). Растительный покров представлен смешанным березово-сосновым лесом с травя н о-кустарнич ко во-моховым наземным покровом.

Морфологический анализ свидетельствует, что в залежных почвах по сравнению с пахотными происходит изменение характера и соотношения почвообразовательных процессов. Культурный процесс сменяется дерновым и подзолистым, интенсивность последнего увеличивается с возрастом залежной почвы, что проявляется в резком расслоении бывшего пахотного слоя на два под-горизонта, различающихся, во-первых - по плотности сложения, во-вторых -по появлению отбеленных зон сначала в нижнем под гори зонте, а затем и по всей мощности гумусового слоя, в-третьих - в четком обособлении подзолистого горизонта А}, мощность которого в почве 100-летней залежи достигает 14 см.

Объекты исследовались полевыми и лабораторными методами. Аналитические работы по определению физико-химических показателей проводились с помощью методов, принятых в почвоведении и агрохимии. Фракционно-групповой состав гумуса по метолу В.В. Пономаревой - Т.А. Плотниковой в модификации Т.А. Плотниковой — Н.Е. Орловой (1984). Определение оптической плотности проводили в растворах гуминовых кислот первой и второй фракций. Длина волны 430 нм, Содержание водорастворимого калия - в вытяжке при отношении почва : раствор=1:5; количество обменного калия — по методу Л.А. Масловой, необменные формы калия - методом И.Г. Важенина, Валовое содержание азота и фосфора- колориметрически после сжигания в серно-хлорной смеси: фосфор — с молибденово-кислым аммонием, азот — с реактивом Несслера. Подвижные соединения фосфора - по Кирсанову. Подвижные формы железа - по К.В. Вернгиной, аморфные железоорганические соединения - в вытяжке Тамма.

Аналитическая повторность 3-хкратная. Данные исследований обработаны статистически (Доспехов, 1973),

3 Плотность сложения и гранул о метрический состав дерново-подзолистых песчаных почв при прекращен»!! антропогенного воздействия

3.1 Плотность сложения почв в стационарных системах лесных ландшафтов является довольно консервативным свойством, мало изменяющимся во времени. Как показали наши исследования, дерново-подзолистая почва в есте-

ственном состоянии имеет высокие значения плотности сложения по всему профилю (от 1,43 до 1,55 г/см5), что типично для рыхлых песков. Обработка почвы, внесение органических удобрений и химических мелиорантов приводит к уменьшению плотности сложения в пахотном слое почвы, значение которой к концу вегетационного периода, как правило, возрастает? под воздействием проходов техники.

После прекращения антропогенного воздействия несколько уплотняется верхняя часть профиля. В то же время происходит дифференциация бывшего пахотного слоя по плотности с большим уплотнением нижнего подгорнзонта, что отмечалось уже при полевом морфологическом исследовании. Аналогичная тенденция была отмечена в исследованиях других авторов (Matik and etc, 1979; Чернов с соавторами, 2000) и объясняется неглубоким проникновением корневых систем травянистых растений, максимальное количество которых (до 8090%) сосредоточено в 10-15 см слое.

Приблизительно через 100 лет после прекращения обработки в почве иод вторичным лесом значения плотности сложения всех горизонтов профиля практически совпадают с плотностью горизонтов целинной лесной почвы.

3,2 По гранулометрическому составу исследуемые почвы относятся к песчаным разновидностям. Однородность пород, на которых формируются почвы, иллюстрируют данные таблицы I. Гранулометрический состав почв в своих основных чертах мало меняется в процессе почвообразования и относится к консервативным свойствам почв, В то же время наибольшие изменения отмечены в количестве и характере распределения илистой фракции. Количество ее в пахотных почвах существенно возрастает в верхней части профиля, при отсутствии обработки постепенно уменьшается, о чем также свидетельствует рассчитанный коэффициент общей степени дифференциации почвенного профиля (Розанов, 1983), значения которого составляют для лесной почвы 1,27, для почвы пашни - 1,05, для залежи 10 лет - 1,13, для 20-летней залежи — 1,23, для почв 60-летней залежи и вторичного леса — 1,25. По изменению этого коэффициента заметно некоторое уменьшение дифференциации профиля пахотной почвы и 10-летней залежи, что объясняется положительным влиянием окультуривания на гранул о метрический состав верхних горизонтов почв. Несмотря на слабую дифференциацию профиля во всех объектах наблюдалось элювиально-иллювиальное распределение илистой фракции.

4 Гумусовое состояние дерново-подзолистых песчаных почв при смене растительности

4.1 Содержание и запасы гумуса В наших исследованиях целинная дерново-подзолистая песчаная почва характеризуется высоким содержанием гумуса в гумусовом горизонте, а его распределение по профилю носит элювиально-иллювиальный характер. Тип гумусового профиля - аккумулятивный неполно-развитый. Потенциальная способность почвы к гумусообразованию (С>р,-С,1Ч) и обогашенность гумуса азотом низкие-0,1% и 14,0, соответственно (таблица 2).

Вовлечение почвы в культуру повлекло за собой снижение содержания гумуса в пахотном слое в 1.4 раза, что возможно связано с гтрнпахиванием нижележащих малогумусированных слоев, перемешиванием их с гумусовым горизонтом и подстилкой, усилением минерализации при обработке, а также с отчуждением части органического вещества с урожаем (Гамзиков с соавтором, 1990; Костюкевич с соавтором. 1990; филон с соавтором, 2002). Потенциальная способность почвы к гумусообрззованню несколько увеличивается, но остается низкой — 0,12%. Обогащенное! ь гумуса азотом также возрастает (отношение С: N сужается до 10,9).

Многие авторы отмечали благотворное влияние луговых трав на гумусовое состояние почв, считается, что в луговых почвах оно стабильно. В наших исследованиях статистически достоверное возрастание абсолютного содержания гумуса под травами 10-летней залежи установлено лишь в верхней части (2-10 см) бывшего пахотного слоя. Подобная дифференциация по содержанию гумуса вызвана неглубоким проникновением корневой системы луговых растений, основная масса которой сосредоточена в слое 0-Ш см.

Таблица 2 - Показатели гумусового состояния дерн о во-подзол истых песчаных почв различных угодий_

Угодье 4 к Глубина, см 1 е> ¿Г' 44 о1 о- Л 1 , г? ! » г и ; а о | г:

о с; А, 5-16 2,41 1,50 1,40 0,10 1 0,10 14,0

А; 16-25 0,14 0.14 0.08 0,06 1 0,017 4,8

В* 25-42 0.29 0,19 0,17 0.02 ! 0,040 4.3

1 з « « — А пах 0-10 1,73 1,34 1,00 0.34 | 0,122 10,9

Л* НЛХ 10-30 1,68 1,23 0,97 0,26 0.104 9,3

А,В 30-33 1.07 0.74 0,62 0,12 | 0.092 6,7

Залежь 10 лет АГ 2-10 1.97 1,49 1,14 0,35 | 0,123 9,3 9,8 6.8

АГ 10-25 " 25-42 1,63 1,15 0,94 0,21 1 0,096 0,12~П»,071

Вцг 0.83 0,60 0,48

Залежь 20 лет Л|* 3-17 1.97 1,44 1,14 030 I 0,101 11,3

А)** 17-30 1,38 0,93 0.78 0,15 1 0,074 10,5

В|[.е 30-52 0.47 034 0,27 0.07 ! 0,050 5,4

$ у ь п |з А,' 4-17 1,58 1,09 0,92 0,17 ; 0.079 11,6

АГ 17-32 1.01 0,71 0,59 0,12 ( 0,060 9,8

А; 32-42 0.17 0,19 0,10 0,09 ; 0,021 4,8

Вторичный лес (залежь 100 лет) А|* 4-14 1.68 1,13 0,97 0.16 I 0,066 14,7

АГ 14-29 1.03 0,69 0,58 0,11 | 0,059 9,8

А]А2 29-32 0,71 0,49 0,41 0,08 1 0,050 8,2

А2 32-46 0,21 0,20 0,12 0,08 1 0.028 43

Стабильное гумусовое состояние в исследуемых нами почвах сохранялось довольно продолжительный период времени, даже спустя 20 лет после прекращения антропогенного воздействия не удавалось выявить изменений абсолютного содержания гумуса. Данное явление свидетельствует об относительно уравновешенном состоянии сложившегося биоценоза (соотношение минерализации и новообразования гумусовых кислот) в установившихся кислотно-основных параметрах почвы.

Потенциальная способность к гумусообразованию и обогащенность гумуса азотом в почвах 10-ти и 20-летней залежи низкие, но мало отличаются от соответствующих показателей пахотной почвы, что также показывает устойчивость гумусового состояния почв в течение 20 лет после прекращения антропогенного воздействия на почву.

Однако это состояние не стабильно, к 60 - 100 годам нахождения почвы в залежи в условиях промывного водного режима происходит потеря оснований и, как следствие, возрастает почвенная кислотность, что приводит к смене луговых сообществ лесным биоценозом. Происходит дегумнфикация обоих под-горизонтов бывшего пахотного слоя — на 19,8% относительно залежи 20 лет в верхнем подгоризонте и на 38,0!% в нижнем подгоризонте. Потенциальная способность к гумусообразованию уменьшается и почти достигает значения, характерного для целинной почвы.

4.2 Запасы гумуса и азота Несмотря на заметное снижение абсолютного содержания гумуса при окультуривании, запасы органического вешества в пахотной почве возросли (таблица 3),

Таблнца 3 - Запасы гумуса и азота в дерново-подзолистой несчаной почве различных угодий (без учета подстилки и дернины)__

Запасы гумуса ; Запасы гумуса Запасы азота в

Угодье в слое 0-30 см | в слое 0-50 см слое 0-30 см, кг/га

т/га

1. Лес 41,94 I 48.90 2100

2. Пашня 61,20 1 81,60 4000

3. Залежь (Олег 56,11 73,80 3550

4. Залежь 20 лет 60,19 ; 74.07 3050

5. Залежь 60 лет 49,97 I 60.54 2500

6. Вторичный лес 52,56 ! 61,20 2300

При оставлении дерново-подзолистой песчаной почвы без антропогенного воздействия на 10 - 20 лет запасы гумуса остаются практически неизменными, хотя спустя 10 лет в слоях 0-30 и 0-50 см они несколько уменьшаются, несмотря на возрастание абсолютного содержания гумуса. Спустя 60 лет после прекращения окультуривания запасы гумуса резко снижаются. Запасы гумуса в почве под вторичным лесом (100 лет) практически совпадают с таковыми 60-летней залежи. Необходимо также отметить приближение этих значений к запасам гумуса в соответствующих слоях целинной лесной почвы, хотя полного

возвращения в исходное состояние ло данному показателю не происходит. Запасы азота в почвах объектов исследований полностью кореллируют с соответствующими запасами гумуса.

•1.3 Фра к-шюнно-груттвой состав гумуса В гумус ово-аккумулятив ном горизонте целинной почвы содержание первой фракции гуминовых кислот весьма значительно - 34,3% от С^ш (таблица 4), Это объясняется слабой растворимостью бурых гуминовых кислот (БГК) и их низкой миграционной способностью в профиле дер ново-подзолистых почв. На долю 3-ей фракции гуминовых кислот приходится 12,1% от Соещ; фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием, не обнаружено. Суммарное количество фульвокислот в целинной почве меньше, чем сумма гуминовых кислот. Широкое отношение Сгк^Сфк (1,1) вызвано сильной отмытостью данного горизонта от подвижных соединений, что по мнению В.В. Пономаревой с соавтором (1980) типично для песчаных дер но во-подзол истых ночи.

Таблица 4 - Фракционно-груп повой состав гумуса дерново-подзол истой песчаной почвы при различном хозяйственном использовании

В % к массе почвы

Cofiui* % Гу ми новые кислоты Фул ьво ки с лот ы НО * О* СФК

1 2 3 И 1а+1 2 | 3 V

Лес 1,40 0,48 - 0,17 0,65 0,35 0,100 10,13 0,58 0,17 1,1

Пашня Залежь 10 лет -ЫШ- 1,14 о,п_ 0,21 0,27 0,04 0,10 0,26 0,10 0,006 1 0,09 0.26 0,49 1,0

0,09 0,09 0,34 0,25 0,008 1 0,12 1 0,38 0,43 0,9

Залежь 20 лет 1,14 0,10 0,46 0,34 0,140 0,03 0,51 0,17 0,9

Залежь 60 лет 0,92 0,26 0,06 0,15 0,47 0,19 0,110 0,06 0,36 ОЛО 1,3

Вторичный лес (залежь 100 лет) 0,97 0,30 - 0,16 0,46 1 0,23 ¡ 0,081 0,05 0,36 0,15 1,3

ш 0,055 0,033 в\ 8 о* | 0,010 0,027 0,055 0,016 <J~> в, о 0,045

При окультуривании в пахотном горизонте обнаруживается фракция ГК-2, уменьшается содержание агрессивных фракций фульвокислот. Оставление почвы без антропогенного воздействия на 10-20 лет приводит к увеличению как гуминовых, так н фульвокислот, сужается соотношение Сгк^Сфк до 0,9. До 60 лет нахождения почвы в залежи сохраняется фракция гуминовых кислот, связанных с кальцием, В почвах 60-100-летней залежи возрастает доля ГК 3-ей фракции, в почве вторичного леса фракция 2 гуминовых кислот не обнаружива-

ется, снова расширяется отношение Стк^Сфк до 1,3, что говорит о еще большей отмытости гумусового горизонта залежей от подвижных гумусовых соединений и связано, вероятно, с резким увеличением кислотности почвы.

4.4 Оптическая плотность гуминовых кислот Биоклиматические условия Нечерноземной зоны способствуют формированию в подзолистых почвах гуминовых кислот с низкой оптической плотностью (Пономарева, 1964), что указывает на их слабую конденсированность, упрощенность строения. Оптическая плотность гуминовых кислот первой фракции (ГК-1) изменяется в пределах от 3 мг/мл в почве 10-летней залежи до 7 мг/мл в лесной и пахотной почвах. Гуминовые кислоты, связанные с кальцием не были обнаружены как в лесной почве, так и в почве вторичного леса. Минимальный коэффициент экстинкции гуминовых кислот второй фракции также зарегистрирован для залежей 10 лет. Низкая оптическая плотность в данном случае может указывать на большое количество «молодых» гуминовых кислот с упрошенным спросннем в почвах под луговой растительностью. Во вторичном лесу оптическая плотность ГК-1 приближается к значению лесной почвы.

5 К'пслотно-ошовные свойства почп при прекращении окультуривания Целинная (лесная) почва характеризуется сильнокислой реакцией среды, ненасышенна основаниями. Максимальное количество ионов водорода н алюминия характерно для подзолистого горизонта, а максимум обменного кальция наблюдается в гумусовом горизонте (таблица 5).

В пахотной почве культурный слой (0-30 см) имеет нейтральную реакцию среды (рНад 7,4), что является следствием известкования, внесения органических удобрений и фосфорсодержащих минеральных удобрений. Увеличивается количество обменных катионов в 2,07 раз, степень насыщенности основаниями достигает 89,1 - 91,9 %. В пахотном слое отсутствуют обменные формы водорода и алюминия (таблица 5).

При зарастании почвы луговой растительностью показатель кислотности (рНсдл) уменьшается. Дифференциация бывшего однородного пахотного слоя по кислотности, по всей видимости, является следствием неглубокого проникновения корней многолетней травянистой растительности, которые аккумулируют гумусовые вещества, соединяющиеся с основаниями кальция и магния. В залежной почве 10-летнего возраста отмечается увеличение гидролитической кислотности подгоризонтов бывшего пахотного слон на 66 - 59 %. В гумусовом слое появляется обменный водород, что является еше одним признаком подкислен ия.

Наряду с этим наблюдается некоторое увеличение содержания обменных оснований в слое А1" 10-летней залежи (10-25 см) по сравнению с пахотным слоем окультуренной почвы, связанное со сменой растительности с культурной на луговую. Под травянистой растительностью миграция оснований уменьшается благодаря сплошному проективному покрытию почвы, что снижает количество просочившейся влаги. С другой стороны, увеличивается поступление

зольных элементов в почву, так как при прекращении антропогенного воздействия нет отчуждения растительной массы с урожаем.

Таблица 5 - Кислотно-основные свойства дерново-подзолистых песчаных почв

Угодье Гори- Глуби- рнкс, НГ Са-Ч Ме2' Н+ А13- V, %

зонт на, см мг-экв/100 г

Лес А, 5-16 2,85 11,80 0,25 1,10 0,70 12,2'*

Ат 16-25 3,17 2,78 0,20 - - 6,7

Пашня А„ 0-10 7,4 0,44 4,50 н.п.о. н.п.о. 91,1

д 10-30 7,2 0,52 4Д5 тоже то же 89,1

А,В 30-33 6,05 0,60 3,66 —«-- —«-- 85,9

Залежь 10 А, 2-10 6,20 1,31 4,50 0,55 н.п.о. 89,Г

лет А, 10-25 6,45 0,88 4,69 н.п.о. то же 84,2

Залежь 20 А, 3-17 6,20 0,88 3,57 0,05 н.п.о. 98,6"

лет А, 17-30 5,70 1,53 2,26 0,05 то же 97,8**

Залежь 60 А, 4-17 3,90 4,60 0,60 0,58 0,33 39,7"

лет И- 17-32 4,35 2,63 0,48 0,55 0,30 36,1"

32-42 4,40 1,40 0,30 - - 17,6

Вторич- А, 4-17 ' 2,95 831 0,37 0,90 0,55

ный лес А, 17-29 3,15 7,00 0,65 0,80 0,60 46,4

(залежь А|А3 29-32 3,18 3,15 0,56 - - 15,1

100 лет) Аг 32-46 3,82 2,10 0,48 - 18,6

Примечание - н.п.о. - ниже предела определения; -рассчитано по Н'

Наибольшие изменения кислотно-основных свойств обнаружены в период с 20 до 60 лет нахождения почв в залежи. В этот промежуток времени произошла смена многолетней травянистой растительности на лесную. В.В. Пономаревой (1972) такое явление объясняется элювиальной неустойчивостью луговой растительности. Вследствие смены растительности и активного вымывания оснований реакция верхнего подгоризонта установилась на уровне 3,90 ед. рН в залежной почве 60-летнего возраста и 2,95 ед, рН в почве вторичного леса, причем згги значения минимальные во всем профиле, что говорит о сильно выраженной элювиальности гумусового горизонта.

К 100 годам после прекращения антропогенного воздействия кислотность почвы приближается к таковой в целинной лесной почве. В почвеиио-поглошающем комплексе обнаружен обменный алюминий, что согласуется с данными Д.С, Орлова (1985) о том, что алюминий выходит из кристаллической решетки минералов и становится подвижным при рН 5,0-5,5 (Никитин, 1986). В соответствии с этим происходит рост обменной и гидролитической кислотности.

Таким образом, кислотно-основные свойства почвы вторичного леса приближаются к показателям, характерным для целинной почвы.

6 Содержание калия, фосфора н железа в дер (ю во-по дзол и сты к песчаных почвах при окульту ривании и выведении их ш еельскохо Умственного оборота

6,1 Содержание м формы соединении калии В гумусовом горизонте целинной лесной почвы обменная форма калия составляет 4,7 мг/100 г (таблица 6). Распределение обменного калия но профилю носит элювиально-иллювиальный характер. Распределение необменной формы калия по профилю лесной почвы следующее: минимум этих форм содержится в подзолистом горизонте, несколько выше - в гумусовом горизонте, и увеличивается в иллювиальных горизонтах и материнской породе. Небольшое содержание необменного калия в верхней части профиля связано, видимо, с элювиальностью гумусового и подзолистого горизонтов. В гумусовом горизонте целинной почвы отношение Кнепвм/Койч равно 2,13.

При окультуривании возрастает количество всех форм калия, однако, необменных форм калия накапливается меньше, что характерно для дсрново-подзолистой почвы легкого гранулометрического состава вследствие невысокого содержания илистой фракции и сравнительно низкой емкости необменного поглощения калия (Якименко, 1995). В пахотном горизонте окультуренной почвы Кия.вм/КоАч - 1,43-1,46. Это показывает смещение пропорций калийных форм в сторону накопления обменной формы калия при применении приемов окультуривания. Вследствие активного тумусообразования в зоне распространения основной массы корней травянистой растительности в залежи 10 лет, происходит возрастание содержания соединении калия. Соотношение ойч/Косч расширяется в нижней части гумусового слоя (3,05). Спустя 20 лет после прекращения антропогенного воздействия в гумусовом слое почвы уменьшается количество всех форм калия с еше большим расширением отношения К,УК,,(2,38-4,22), что подтверждает снижение содержания обменных форм кадия, доступных для растений.

Дальнейшее нахождение почвы в залежи приводит к более сильному вымыванию калия из всех горизонтов, И к 60-100 годам после прекращения использования дерново-подзол истой почвы се калийное состояние, оцениваемое нами по содержанию форм калия, практически возвращается к исходному.

6.2 Содержание подвижного фосфора Распределение подвижного фосфора по профилю целинной лесной почвы носит элювиальный характер, что показывает активную миграцию мобильных фосфатов вниз по профилю (таблица 6).

При окультуривании наблюдается значительное возрастание содержания подвижных фосфатов в пахотном слое. Это отмечено в исследованиях многих авторов (Фокин с соавтором, 1996; Христенко, 2003), и объясняется внесением извести, органических удобрений и фосфорсодержащих минеральных.

Подкислен не почвы и снижение содержания гумуса в бывшем пахотном слое, происходящие при прекращении антропогенного воздействия, а также произрастающая растительность способствуют снижению подвижности фосфа-

тов в гумусовом горизонте, особенно в нижней его части. Вниз по профилю происходит увеличение содержания доступного фосфора, что связано, по-видимому, с его миграцией с нисходящим током влаги.

В почвах, оставленных без использования около 60 - 100 лет назад происходит существенное снижение подвижности фосфатов, их содержание приближается к таковому в целинной, лесной почве,

63 Содержание подвижных соединений железа в пахотной почве максимально в иллювиальных горизонтах, хота дифференциация этой формы железа по ггро-фнлго мато заметна (таблица 6), что свидетельствует об отсутствии интенсивного развития элювиальных процессов и связано с нейтральной реакцией среды. Рассматривая характер распределения подвижного железа по профилю залежных дерново-подзолистых почв 20 и 60-летнего возраста можно наблюдать хорошо выраженное иллювиальное накопление данных соединений в средней части профиля. В последующем при зарастании вторичным лесом почва существенно обедняется подвижным железом за счёт, во-первых, интенсивно идущих элювиальных процессов в кислой среде и, во-вторых, - биогенного накопления железа в биомассе многолетних растений, профиль чётко дифференцируется по отношению к подвижным соединениям железа.

Таблица 6 - Содержание форм соединений калия, фосфора и железа

В мг/100 г почвы

Угодье Горизонт Глубина, см Соединения калия Подвижные соединения фосфора Подвижные соединения железа

Обменные Необменные

Лес А, 1 5-16 4,7 10,0 1.8 -

А: 1 16-25 1,1 8,1 4,4 -

Пашня A*1MS | 0-10 14,6 21,3 14,8 5,5

А"1ИК | 10-30 13,7 19,6 24,8

AtB j 30-33 3,1 27,0 - 5,0

Залежь 10 лет А,' ; 2-10 17,2 25,9 14.8 5.0

А," ! 10-25 9,9 30.2 24,8 4,2

Залежь 20 лет А,' , 3-17 8,8 20,9 12.8 4.0

А," 1 17-30 5,4 22.8 16,6 5,8

Залежь 60 лет А,' ; 4-17 3,4 11.7 3,9 3,8

Aj" i 17-32 1,4 12,1 20,6 3,6

Вторичный лес (100 лет) А,' 4-14 1,9 9,6 3,6 3.6

Al" 14-29 2,1 9,7 4.6 3.6

А; 1 32-46 0,7 13,6 - 2.8

7 Интенсивность протекания элементарных почвообразовательных процессов в л ер ново-подзолистых почвах и пути возможного использовании залежных земель

Основными профилеобразующими процессами для изучаемых почв, формирующихся под лесной растительностью являются дерновый и подзолистый, каждый из которых состоит из определенного комплекта элементарных почвообразовательных процессов. При распашке и последующем окультуривании лесной почвы природный процесс почвообразования сменяется на культурный, включающий антропогенные (образование пахотного горизонта) и пе-дотурбационпые (обработка почвы) процессы. В то же время элементарные процессы почвообразования, характерные для целинной почвы претерпевают некоторые изменения. Ряд процессов, в частности, подстилкообразование в пахотных почвах не проявляется вследствие постоянной обработки. Снижается выраженность процесса гумусообразования на месте, что связано с отчуждением части растительных остатков с урожаем, постоянным рыхлением. При зарастании почвы травами отмечается появление элементарного дернового процесса, начинает проявляться дифференциация бывшего пахотного горизонта на два подгоризонта (или «деградация» нижней части): по плотности, морфологическим признакам, содержанию и составу гумуса, кислотно-основным свойствам, содержанию соединений калия, фосфора и железа. К 100 годам после прекращения антропогенного воздействия вновь усиливаются процессы элювиальных потерь оснований и гумусовых веществ. Хотя следует отметить, что все процессы по интенсивности не достигают уровня целинного аналога.

Fia основании исследований можно предложить следующие варианты использования залежных земель:

I) Улучшенный сенокос - возможно для залежных земель возрастом до 10 - 12 лет; 2) то же совместно с созданием пасек по периметру поля; 3) ле-совыратци ванне путем посадки подпологовых хвойных культур в мало пенных мягколиственных молодняках — после 10-12 лет залежи; 4) Повторное вовлечение в культуру в качестве пахотной земли. Без существенных материальных затрат это возможно при возрасте залежных почв до 10-12 лет.

ВЫВОДЫ:

1. Отсутствие антропогенного воздействия в течение различного времени накладывает значительный отпечаток на характер растительности. В растительном покрове 10-летнсй залежи преобладает злаковый компонент. Через 20 лет после прекращения использования доля злаковых уменьшается, появляются растения ацидофилы. Растительность 60-лстней залежи характеризуется отсутствием бобовых и злаковых грае и восстановлением леса. Характер растительности вторичного леса (100 лет без использования) близок к таковому в целинной почве.

2. Строение профиля и морфогенетические свойства целинной лесной почвы обусловлены одновременным протеканием дернового и подзолистого про-

цессов. При окультуривании создается гомогенный пахотный слой без видимых признаков о под заливания. Строение профиля залежных почв с течением времени частично приобретает исходное генетическое состояние.

3. Минимальное значение плотности сложения характерно для пахотного слоя (1,13-1,26 г/см3). При смене растительности, в течение 10 - 20 лет, бывший пахотный слой дифференцируется по плотности на два подгори зонта с уплотнением нижней части. При восстановлении леса значения плотности сложения практически совпадают с плотностью горизонтов целинной почвы.

4. Профиль всех изучаемых почв слабо дифференцирован но количеству илистой фракции, о чем свидетельствует коэффициент обшей степени дифференциации, значение которого в целинной лесной почве составляет 1,27, при окультуривании данный коэффициент уменьшается до 1,05, а в залежных почвах с течением времени вновь возрастает в почве вторичного леса до 1,25.

5. Целинная лесная почва характеризуется высоким содержанием гумуса, который сосредоточен в малом по мощности слое (11 см). Окультуривание почвы кривело к снижению содержания гумуса в 1,4 раза при увеличении мощности гумусированной толщи примерно в 3 раза. В залежных почвах наблюдается дифференциация гумусового горизонта по данному показателю, с четко выраженной дегумификаиней в нижней его части.

6. Запасы гумуса в слоях 0-30 и 0-50 см лесной почвы практически одинаковы, что свидетельствует о крайне низком содержании гумуса в элювиальной части профиля. При окультуривании несмотря на снижение содержания гумуса запасы его возрастают в 1,5 раза. При смене растительности с культурной на травянистую запасы гумуса сохраняются на уровне пахотной почвы. При последующем зарастании лесом отмечено их снижение в 1,2 - 1,3 раза. Запасы азота кореллируют с запасами гумуса.

7. Фракиионно-групповой состав гумуса изменяется при окультуривании и прекращении использования почв. Длительное сельскохозяйственное использование сопровождалось улучшением фракционного состава: появлением фракции 2 гу ми новых кислот, нехарактерной для целинных почв, уменьшением содержания агрессивных фульвокислот (1а+1), возрастанием доли негидролизуемого остатка. При исключении почвы из хозяйственного оборота положительные изменения постепенно утрачиваются, В почвах вторичного леса (100 лет) не обнаруживается фракция гуминовых кислот, связанных с кальцием, возрастает содержание агрессивных фракций фульвокислот и гидролизу ем ость гумуса. Оптическая плотность гуминовых кислот мало изменялась в процессе окультуривания, ее определяли биоклиматические условия формирования гумусовых веществ.

8. Целинная дерново-подзолистая почва характеризуется сильнокислой реакцией среды, непасыщенна основаниями. При окультуривании происходит нейтрализация реакции почвы до 7,4 единиц рНксь степень насыщенности основаниями повышается до 90%, в почвенно-поглощающем комплексе не обнаруживается обменный алюминий. В залежных почвах 10-20-летнего

возраста положительные изменения кислотно-основных свойств сохраняются в верхней части гумусового горизонта, в нижней его част» процесс под-кисления идет более интенсивно. По мере увеличения возраста залежных земель происходит восстановление кислотно-основных свойств, так, в почве вторичного леса реакция и степень насыщенности основаниями сопоставима с целинным аналогом, отмечено появление обменного алюминия.

9. Количество всех форм соединений калия в дерново-подзолистой целинной почве невелико. Вовлечение почвы в культуру приводит к увеличению содержания соединений в пахотном и подпахотном слоях. При эгом происходит смещение пропорций между формами калия в сторону накопления обменной. При отсутствии антропогенного воздействия в течение 10 лет наблюдается возрастание обменной и необменной форм, в дальнейшем же содержание всех форм калия неуклонно снижается, В почве вторичного леса калийное состояние практически совладаете таковым в целинной почве, как по содержанию различных соединений, так и по соотношению между ними.

10.Наибольшее содержание валового фосфора характерно для верхних горизонтов пахотной почвы и почв залежей 10 - 20 лет. При увеличении срока нахождения почвы в залежи количество валового фосфора снижается. Распределение подвижных соединений фосфора по профилю почв носит элювиальный характер. Окультуривание почвы способствует увеличению содержания подвижных фосфатов в пахотном слое. Под травянистой растительностью отмечаются незначительные изменения в содержании подвижных фосфатов по сравнению с пахотной почвой, тогда как при восстановлении леса происходит их резкое уменьшение.

11.Профиль пахотной почвы слабо дифференцирован по содержанию подвижных и аморфных форм железа. Небольшое увеличение содержания этих соединений наблюдается в иллювиальных горизонтах. По мере увеличения времени нахождения почв без использования возрастает выраженность элювиально-иллювиальных процессов, что приводит к обеднению соединениями железа, а также иллювиальному накоплению их в средней части профиля.

(2.0бработка почв приводит к смене природных почвообразовательных процессов (дернового и подзолистого) на культурные. К 100 годам после прекращения окультуривания постепенно восстанавливаются соотношение и интенсивность элементарных почвообразовательных процессов. Дальнейшее использование залежных почв возможно: под пашню, улучшенный сенокос — до 10-12 лет после прекращения антропогенного воздействия; под лесопосадки - после 10-12 лет.

Список работ, опубликованных но теме диссертации

1. Изменение кислотно-основных свойств дерново-под зол истых песчаных почв при прекращении антропогенного воздействия // Гумус и почвообразование: Сб. научи, тр. СПбГАУ. СПб., 2002. - с. 60-64 (в соавторстве).

2. Изменение содержания и запасов гумуса в окультуренной дерново-подзолнетон песчаной почве при прекращении антропогенного воздействия

// Гумус и почвообразование: Сб. научи, тр. СПбГАУ. СПб., 2003. - с. 18-21 (в соавторстве).

3. The influence of cultivation and its stopping on changing of acid-base characteristics of soddy-podzolic sandy soil // Achievements and tasks of soil science and plant nutrition in the course of integration into EU. Lithuanian University of Agriculture (9-10 October 2003). Kaunas, 2003. - p. Ю (в соавторстве).

4. Кислотно-основные характеристики дерново-подзолистых песчаных почв в процессе смены состояния от пашни к лесу// Почвы — национальное достояние России: Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. В 2-х кн. (9-13 августа 2004) - Новосибирск; Наука - Центр, 2004. - Кн. 2. - с.

158 (в соавторстве).

5. Изменение содержания и запасов гумуса в дерново-подзолистой песчаной почве при окультуривании и выведении ее из хозяйственного оборота // Молодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе: Сб. научн. тр. «Навстречу 100-летию СПбГАУ». Ч. I. СПб., 2004. - с. 64-70,

6. Изменение гумусового состояния дерново-подзолистой песчаной почвы при прекращении ее tic пользования // Человек и почва в XXI веке: Тезисы докл. Всерос, конф. «VII Докучаевские молодежные чтения» в рамках Международного форума «Сохраним планету Земля» (Санкт-Петербург, 1-6 марта 2004 г.). СПб., 2004. - с. 61-62.

7. Изменение гумусового состояния почв в результате прекращения антропогенного воздействия // Молодые ученые - землеустроительной науке: Материалы Всерос. конф. молодых ученых и специалистов (15-17 марта 2004). В 2-ух томах. Т. 2: «Экономические, правовые, технические и экологические аспекты землеустройства и земельного кадастра». Москва, 2004. - с. 283289,

8. Behavior of acid-base characteristics of sod-podzolic sandy soil in the process of its trans form at ion from the arable soil to the forest // Proceedings of the 12lh International Conference and Exhibition on Mechanization of Field Experiments. IAMFE (5-9 July 2004), Saint-Petersburg, Pushkin, Russia, 2004. - p. 135 (в соавторстве).

9. Изменение гумусного состояния дерново-подзолистой песчаной почвы при окультуривании и последующем исключении из сельскохозяйственного оборота// Агрохимия. 2004.№8.-с. 13-19 (всоавторстве).

Кмпкто в печаль 04.05.M0S бумага офсмная. Формат СОКИ t/lft Псчпъ трафаретам. У». п*ч. л. 1 Тирам 100 ама. МШ 435

Отпечатано с оригинал-мкега заказчика в топировллыкинножигаьнон центре "АРГУС*. СА*1-Петер6ург—Пушкин, ул. Пушкинская, д. 28/21. Per, W233909 от 07.02.2001

7 5 2