Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Круговорот элементов питания в дерново-подзолистых суглинистых почвах под луговой травянистой растительностью

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Круговорот элементов питания в дерново-подзолистых суглинистых почвах под луговой травянистой растительностью"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 631.461.7:631.445.2

БУРКОВА Ольга Анатольевна/

КРУГОВОРОТ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВАХ ПОД ЛУГОВОЙ ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ

Специальность 03.00.27— почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Великолукском сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель: , доктор сельскохозяйственных наук,

профессор А. А. Короткое.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор А. Н. Небольсин; доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. П. Лепкович.

Ведущее учреждение: Псковский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится ■// Л 199 ^ года

в 14 час. 30 мин. на заседании специализированного совета К 120.37.01 по присуждению ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу. 189620, Санкт-Петербург, Пушкин, Ленинградское шоссе, 2, ауд. 444.

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

Автореферат разослан 2 7 3 ,

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук

(JH. Ф. ЛУНИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дерново-подзолистые почвы являются наиболее распространенными в таежно-лесной ¡зоне и всегда привлекали к себе внимание исследователей. Благодаря работам Сибирцев а Н. М.. Вильямса В. Р., Роде А. А., Пономаревой В. В., Кау-ричева И. С. и др. в литературе накоплен большой материал, характеризующий сущность и 'механизм почвообразования в целинных почвах, занятых лесной растительностью. Б гораздо меньшей степени исследованы процессы, развивающиеся под воздзй-ствием луговой травянистой растительности — «дерновый процесс» В. Р. Вильямса. В работах Тюрина И. В., Перлина С. И., Перштейна В. М., Варфоломсева Л. А., Коротко®а А. А., 1<ау;ш-чева И. С., Якименко Е. Ю. ш др. были подтверждены некоторые положения, выдвинутые В. Р. Внльямсом, но широкой экспериментальной разработан проведено не было.

Кроме того, не изучены процессы фильтрации атмосферных зсадков в дерново-подзолистых почвах лугов, качественный состав фильтрующихся вод.

, Цель и задачи исследований. Цель данной работы — оцегка шияния длительного воздействия луговой травянистой раетитель-юсти на процессы почвообразования посредством определения :оотношеш1я 'между поступлением, накоплением и вылосом элементов литания в дерново-подзолистых суглинистых почвах сухо-юльных лугов сенокосного и заповедного использования.

Для достижения поставленной цели 'решались следующие за-,ач«:

1) определить количество фитамассы, как надземной, так и собенио подземной, 'Поступающей в ¡исследуемую почву;

2) определить количество азота, углерода и элементов золь-ого питания, поступающих с фитомассой;

3) изучить фшлктрацшо атмосферных осадков через гумусо-ый и оподзоленный горизонты дерново-додзолистой суглинистой очвы луга;

4) определить количество азота, углерода и элементов золь-ого питания, мигрирующих из гумусового и оподзоленного гори-энтов исследуемой почвы в различные сезоны года и в целом за )Д, кислотные свойства лизиметрических вод;

■5) установить баланс азота, углерода и «элементов зольного итания иа суходольном лугу сенокосного использования.

Научная новизна. Экспериментально доказано, что для поддир-ания бездефицитного баланса питательных веществ с целью

дальнейшего его регулирования на суходольных лугах необходимо учитывать потери элементов питания не только с отчуждаемым урожаем, но и с фильтрующимися водами, так как масштабы вымывания элементов питания не только не ¡меньше потерь при отчуждении, но часто превышают такоаые.

Практическая ценность работы. В результате исследований установлены масштабы фильтрации атмосферных осадков через дерново-подзолистую суглинистую почву луга, «показаны объемы поступления и выноса элементов литания на лугах, их соотношение, что позволяет разработать рациональную систему 'мероприятий (или более эффективно применять уже существующую) по повышению .продуктивности лугов и пастбищ на суходолах — основной базы выпаса скота л заготовки грубых кормов.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований используются в учебном процессе при изучении курса почвоведения |П агрохимии 'в Великолукском и Новгородском сельскохозяйственных институтах.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-производственной конференции Великолукского СХИ (1991), па научных конференциях ¡профессорско-преподавательско-го состава и аспирантов ¡в Ленинградском СХИ (Пушюин, 1992), Новгородском СХИ (1992), на Юбилейной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения И. В. Тюрина (С.-Петербург, 1993).

Публикации. По результатам «сследовавий опубликованы 2 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, приложений Материал изложен на 144 страницах, в которые входят 22 таблицы, 5 рисунков. Список литературы включает 222 наименования в том числе 20 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ СУХОДОЛЬНЫХ ЛУГОВ

В главе рассматриваются основные положения теории дерно вого процесса В. Р. Вильямса о влиянии травянистой раститель но-сти на почву, доводы ее сторонников и оппонентов (Сукачев В. Н. 1916; Буш А. Я., 1935; Тюрин И. В., 1935; Перлин С. И., 1949 Перштейн В. М., 1951; Роде А. А., 1955; Худяков Я. /П., 1955; Со коловсюий А. Н., 1956; За-валшшин А. А., Надеждин Б. В., 1957 Варфоломеев Л. А., 1964; Сапожников Н. А., 1963; Тюгло Г. В. 1065; Короткое А. А., 1966, 1968, 1970; Зыкина Л. В., 1972; Ков да В'. А., 1973; Каурнчев И. С. с соа;вт„ 1974; Пестряков В. К.

о

Бережков С. Ф., 1974; Герасимова М. И., 1981; Якименко Е. 10., 1982, 1987; Гатгжара Н. Ф., 1989; Герасимова Л. Б. с соавт., 1989). Отмечается, что влияние луговой травянистой растительности на процессы аккумуляции веществ в дерново-подзолистых суглинистых почвах имеет место; в результате чего в (верхней части профиля накапливаются гумус, азот, элементы зольного питании; и формируется структура. Рассматриваются морфологические особенности, химические, физико-химические и физические свойства этих почв.

К сожалению, лишь немногие из авторов отходят от простого сравнения процессов, происходящих под лесом и лугом или при смене растительности, «, либо совсем отрицают принципиальную разницу 'между ними, л«бо рассматривают дерновый процесс как временное явление на лугах до достижения ими 100—150-летнего возраста.

Таким образом, хотя постулат В. Р. Вильямса о преобразующем влиянии травянистой растительности на почву является экспериментально установленным и доказанным фактом, характер, услошя и степень развития дернового процесса в нашей зоне изучены недостаточно.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЕ!

В главе приводится методика проведения лизиметрического шыта, методы анализов почвенных, растительных образцов и ли-шметрических вод, показаны метеорологические условия в годы [роведения опыта.

Круговорот элементов питания изучался в целинной дерново-лабоподзолпстой почве суходольного луга в Великолукском районе Псковской области. Опыт залажен на 'плоской выровненной оверхностп водораздела, занятой последние 50—60 лет тольхо од сено-кос или выгон. Основными видами мелкозлаково-разно-равного сообщества описываемого, луга являются душистый ко-осок, овсяница красная, ежа сборная, клевер луговой, манжета обыкновенная, тысячелистник обыкновенный, герань луговая т. д.

Почва участка дерново-сла'боподзолистая легкосуглинистая на оренном суглинке, содержащем со 130 см щебень ¡известняка.

верхней части профиля находится 24,7—28,5% частиц физиче-хой глины; профиль ¡мощный, хорошо расчленен на горизонты.

верхнем 20-см слое исследуемая почва содержит около 4% гу-уса, количество которого резко падает с глубиной; распределена азота коррелирует с содержанием гумуса: наибольшее его элшчество (0,3°/о) присутствует а гумусовом горизонте и снл-:ается в олодзоленном. В верхней и средней частях профиля гакция среды среднекнслая, в нижних же горизонтах —слабэ-

щелозшая^ Гидролитическая- кислотность высокая ¡в верхних го-ризоитах,-и(3;3—5,9 мг-эвв/100 г) н лишь с глубиной снижается до нескольких.-десятых долей мг-зкв/100г. Содержание обменный калвдия- и магния м распределение их по »профилю тнпично для данных почв,.¡Степень - насыщенности основаниями невысокая- в верхней части ^профиля (59,9%), но постепенно увеличивается с глубиной,,-Непосредственное воздействие карбонатов проявляется только „в нижних горизонтах. Почва средне обеспечена подвижными формами калия н слабо-подвижными формами фосфора. Четко прослеживается элювиалыюсть верхней части профиля по отношению к обменным формам кальция ;и магния и подвижным формам калия.

•., Для сбора фильтрующихся вод использовались лизиметрические, уста ноакн, состоящие из полиэтиленовых воронок диаметром 18 см и сосудов-приемников. Воронки лизиметров заложены в трехкратной повторности на глубине 15 ом под гумусовым горизонтом и 30 см—под горизонтом А2В. Лизиметрические воды откачивались из сосудов-приемников трижды в год: в апреле — после схода снежного покрова, .в июне—июле — в период максимально го развития травостоя « в ноябре — перед началом устойчивых заморозков.

В те же сроки для изучения динамики нарастания надземной и подземной биомассы трав луга отбирались образцы, надземной фитомассы п корней. Для отбора мы ¡пользовались «методом пробных укосов», разработанным Ботаническим институтом им. А: Л.-Комарова (Попятовская В. М., Джалилова А. О:, Ма-каревич В. Н. и др., 1970; Друзина В. Д., 1972) с использованием металлической рамки площадью 1 м2. Динамика нарастания подземной растительной массы изучалась с помощью почвенногс бура-стакана-(Друзина В. Д., 1980, Реакция суходольного луга..., 1987) объемом 2000 см3 с глубины 0—20 см, т. е. из горизонта максимального скопления корней.

■ В образцах надземной, подземной фитомассы и ¡в лизиметрических водах .определялся азот,-углерод и элементы зольного питания по общепринятым методикам.

.Глава-3. ПРОЦЕССЫ АККУМУЛЯЦИИ ВЕЩЕСТВ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ ".'.»'<< " СУХОДОЛЬНЫХ ЛУГОВ

К настоящему времени опубликовано много работ, посвящен ных сеяным и естественным лугам, находящимся на Оеверо-Запа де в с.-х. использовании, (Макаревич В. Н., 1970; Мирошничен ко Е. Д. с соавт.; 1972; Сырокомская И. В., 1974; Котелина Н. С. 1975; Зайкова В.;'А.,а980; Макаревич В. Н„ Друзина В, Д., 1984) Однако,—такие .вопросы : как.'количество надземной . л- подземно;

фитомассы, «гхимический состав, процессы аккумуляций шйдеств в целом на естественных суходольных, лугах без применения:удобрений рассматриваются очень редко. . :." ,

3.1. Количество надземной фитомассы. Наблюдения" за гдина-дшкой запасов надземной растительной массы исследуемого.луга .показали, что урожай воздушно-сухой фитомассы составил :4,99— -6,99 т/га, отобранной в период максимального развития травостоя. Эта величина является высоким уровнем урожайности для данного типа луга, но объясняется, .вероятно, методикой'-отбора трав, а именно: очень тшзким, на уровне мохового покрова, срезанием растений. Сезонная динамика фштомассы представлена .в табл. 1. ...

Таблица 1

Запасы надземной и подземной фитомассы, т/га, возд.-сух.

Время наблюдения Надземная фитомасса Подземная фитомасса Отношение ■ подземной к надземной

1988 июль 5,82 25,34 ' 4,35 :

1989 июль ноябрь 4,99 5,64 19,12 ' : 20,42 3,83 3,62

:990 апрель июль ноябрь 3,19 5,30 ' 0,80* ■ 14,49 " 20,69 18,97 4,54 : 3,90

991 апрель июль ноябрь 0,59* 6,99 . 5,18 20,90 22,14 22,77 1 3,20 ' - ; 4,4) ;

* отава

За годы наблюдений в структуре травостоя лугового сообщена увеличилась Доля злаков (35,6—64,0%), снизилась доля раз-ютравья н бобовых. Последние в 1990 г. встречались единичными кземплярами. ' . ' ::■

. 3.2. Химический состав надземной фитомассы. Наблюдения за езонной динамикой зольных элементов и азота в надземной ф:и-омассе суходольного луга показали, что преобладающими' эле-1ентамп в составе золы являются калии, кальций и кремний.

Максимальное содержание основных зольных элементов при-одится на июнь—июль, т. е. на период наибольшего ¡развития

тразостоя, когда большинство побегов накопил« питательные вещества для перехода в генеративную стадию. Далее, по мере старения основной массы .побегов к концу вегетационного периода, происходит постепенное снижение содержания зольных элементов, ко'/орые ¡используются а процессе метаболизма самого растения. Исключение составляет содержание кремния в золе растений, количество которого к концу вегетации постепенно увеличивается, что связано, вероятно, с общим старением побегов и малой его миграционной способностью. По сравнению с надземной зеленой магсой, мертвая масса обеднена всеми элементами, кроме кремни л.

В соотношении! основных зольных элементов и азота в связи с избирательной способностью поглощения химических элементов у -разных групп растений ¡можно проследить следующие закономерности: у злаков накапливается больше всего кремния, у бобовых — кальция и азота, у разнотравья — калтя.

3.3. Количество корней. Количество корней в дерново-подзолн стой почве мелкозлаково-разнотравиого луга в слое 0—20 см изменяется по сезонам года н из года в год в пределах 14,5— 25.3 т/га (табл. 1). От начала вег-етацин до середины лета, дс периода максимального развития травостоя нарастание надзем но'} и подземной фитомаесы <идет параллельно, затем нарастанш надземной несколько отстает н растет отношение подземной к над земной фитомассе, оставаясь довольно стабильной величиной в< 'все годы наблюдений в период максимального развития травосто: (3,2-4,3).

Анализ накопления подземной фитомассы в течение период вегетации подтверждает закономерность, установленную рядо] авторов для суходольных лугов, о постепенном увеличении кол к чества корней в период от начала вегетации до периода наиболь шего развития травостоя (первый максимум) и снижении осеныс В наших исследованиях снижения общей массы подземных оргЕ ноз в пераод образования генеративных побегов, после летнег максимум л, не происходит или оно выражено очень слабо, т. I генеративные побеги у отдельных видов появляются в различие врзмя, а также -потому, что, как правило, в луговых фитоценоза прзобладапг особи, находящиеся в вегетативном состоянии. Кко1 цу срока гегетацнн, к октябрю—ноябрю, происходит постепенно незначительное снижение количества корней. Минимальное, кол! чеегво корней в почве суходольного луга наблюдается ранне ¡весной, когда наиболее интенсивно протекает процесс разложени подземных органов <в результате активной деятельности микр! флоры, отгок пластических веществ из подземной массы в на; земную и энергичный ¡рост трав.

Первая половина вегетационного периода 1990 г. была очеь сухой и жаркой, что, вероятно, несколько задержало нарастай* жзвых корней, их доля в общем запасе корней снизилась, од и временно возросла доля полуразложившихся и сильногумифищ

б

рованных корней (табл. 2). Во второй половине лета и осенью выпала двойная норма осадков, стало прохладнее и е составе корней снова выросла доля живых корней, хотя общее количест-

Таблица 2

Динамика сезонного накопления запасов подземной фитомассы суходольного луга

Время наблюдения Содержание г (бур.) % от общ массы ПК ДЖК

ЖК* ПК СГ ЖК 2

апрель 10,1 3 2,35 1,79 14,27 23,2

71,0 15,5 12,5 10)

1990 июль 13,35 3,46 3,56 20,37 25,9 14

65,5 17,0 17,5 100

ноябрь 14,07 2,21 2,40 18,68 15,7 21

75,3 11,8 12,9 100

апрель 11,73 2,04 6,81 20,58 17,4

57,0 9,9 33,1 100

1991 июль 16,23 1,89 4,02 22,14 11,6 20

73,6 8,4 18,0 100

ноябрь 14,56 1,95 5,47 22,77 13,4

64,9 8,7 24,4 100

* ЖК—живые корни; ДЖК—прирост живых корней; ПК—полуразложившиеся корни; СГ— сильногумифицированные.

во подземной массы снизилось за счет ее минерализации ¡и гумификации. Прохладным и влажным летом 1991 г. происходило постепенное нарастание биомассы живых корней до периода максимального развития травостоя (начало июля), затем их доля начала несколько снижаться, но теплая затяжная осень продлила вегетационный период трав и корнеобразование было более интенсивным, чем минерализация. Во все годы доля живых корней составляла 57—75%, обнаруживая слабую тенденцию к нарастанию в течение ¡вегетационного периода.

Данные, приведенные в таблице 2, характеризующие ■ интенсивность обновления корней, т. е. отношение массы новых корней (ЛЖК) к общему запасу корней (2), оказались несколько меньше указываемых В. Д. Друзпной (1980) для суходольных лугов Ленинградской области и составили 14—21%, что позволяет предположить более медленную смен у корней, а именно: в течение 4—5 лет.

Если сопоставить массу новых корней, вычисленную по разности между количеством живых корней в пионе и апреле, ноябре и апреле (АЖК) со скоростью «х отмирания (ПК/ЖК) « гумификации (СГ/ЖК), то окажется, что 'результат такого вычисление вполне отражает реальную картину состояния подземной фи-томассы.

С некоторой долей обобщения—из-за методических недостат-■ кот разделения корней по фракциям — по коэффициентам отмирания (10—25%) и гумификации (17—58%) можно подтвердить, что обновление корней происходит наиболее интенсивно ранней весной и продолжается до периода максимального развития травостоя: в это время обновляется 1/4—1/5 часть корней. В период с июля по ноябрь обновление корней несколько замедляется и составляет 1/6—1/7 от количества живых корней. Теплой затянувшейся осенью (1991) обновление корней не снизилось, а даже не-скольно возросло.

Аналогично изменению скорости отмирания изменяется и интенсивность процессов разложения и гумификации корней, если считать их отражением долю силыюгумнфицированных корней <е почве.

Максимальное количество корней изучаемого мелкозлаково-разнотравного суходольного луга находится в слое 0—10 см (79%) и количество их резко снижается с глубиной. 90% корней находятся в слое 0—20 см и лишь 5% корней располагаются глубже тртдцатисгнтиметрового слоя.

3.3. Химический состав корней. Данные по химическому составу коргей исследуемого суходольного луга показывают, чте в наибольших количествах в составе зольных элементов присутствует кремний. В его сезонной динамике просматривается тенденция к увеличению содержания к концу вегетационного периода В отмерших частях корней доля кремния, в основном, ниже, чем в живых. Значительную часть в составе золы составляет кальций особенно о период максимального развития травостоя, вероятно за счет пышного развития разнотравья в это время. В остальные . сезоны количество кальция незначительно отличается от содержания железа, алюминия, калия и серы. В отмерших корнях долг кальция возрастает вследствие его низкой миграционной способности. Содержание железа и алюминия в составе корней превы-шгет таковые в золе надземной части растений, причем .в состав« отмерших корней их доля возрастает. Калий, сера и,, особенно фосфор составляют чв золе корней незначительную часть. Просле-

уливается тенденция к снижению содержания калия,в з.оле корней в течение вегетационного периода. "

Содержание азота колеблется в пределах 1,10—2,37%, что в 1,5—2,0 раза меньше такового в надземных органах. Можйо проследить незначительное снижение его количества в живых корнях к середине вегетационного периода с постепенным' увеличением осенью.

Глава 4. ВЫМЫВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ■

И ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ ЛУГА

Проблема фильтрации атмосферных осадков, л их химического состава в дерново-подзолистых почвах рассматривалась Роде А. А., Бобрицкой М. А., Шиловой Е. И., Дьяконовой К. В., Кауричевым И. С. с соавт., Коротковым А. А., Суворовым А. К., Черновым Д. В., Герасимовой Л. В., Митрофановой Е. М.' и др. авторами. К сожалению, опубликовано очень мало экспериментальных данных относительно лизиметрических вод под естественными травами.

4.1. Фильтрация атмосферных осадков в дерново-подзолистых почвах лугов. Полученные нами данные показали, что рассматриваемые почвы промываются атмосферными осадками ежегодно во время таяния снега и периодически — осенью.

Максимальное количество воды просачивалось в лизиметры в зимне-весенний период при таянии снега и минимальном количестве надземных растительных остатков, особенно в теплую, безморозную зиму 1989—1990 гг. Летом 1989, 1990 годов, когда количество осадков и температуры воздуха незначительно отличались от среднемноголетних значений для нашей зоны, вода в лизиметры не поступала совсем (см. рис.). В 1991 т. количество осадков, выпавшее в первой половине вегетационного периода, в 1,5 раза превысило норму, что привело к промачиванию почвы как минимум на 30 см. Осенью промачивапне почвы незначительно. Лишь в годы с избыточным количеством осадков (1990), накопление воды в лизиметрах было значительным.

Доля осадков, просочившихся в приемники лизиметров, в процентах от общего количества осадков за сезон, составляет 61—82% весной и'6—13% осенью. Доля атмосферных осадков, просачивающихся в среднем за год, представляет собой довольно постоянную величину, равную 30% для гумусового горизонта и 20% для оподзоленного. Однако, после скашивания трав,-в 1990г., доля просачивающихся осадков осенью возросла, до 18—50%, т. е. в три раза по сравнению с некосимым вариантом.

400 203 200 100

100 200

Зсо

Осадки, мм

274

274

173

158

221

155

243

110

242

162

229

WW

склнее миогого.м'фнег:

1039ГОЛ

2612

N

Лизтстрцчесньс &>,/>

Y /

\

\

\ 25S

Рис. 1. Атмосферные осадки и их инфильтрация через почву, мм 1 | — количество осадков с ноября по март, 11 1 — количе-

ство осадков с апреля по июнь, }-—| —количество осадков с июля по октябрь, — лизиметрические воды, просочившиеся через

гумусовый гор., —лизиметрические воды, просочившиеся через

гумусовый и олодз.

4.2. Вымывание катионов. В наших исследованиях в большом количестве с лизиметрическими водами мигрируют кальций и магний (табл. 3). При этом наблюдается тенденция к снижению их до минимума летом и возрастанию до максимальных величин к концу вегетации, что связано, вероятно, с интенсивностью процессов минерализации органического вещества.

В заметных количествах мигрирует по профилю калий, особенно «з оподзоленного горизонта в осенние месяцы, что объясняется, вероятно, окончанием вегетации трав, снижением потребления ими элементов питания. Значительно меньшее количество калия в течение всего года вымывается из гумусового горизонта вследствие хорошей биогенной аккумуляции этого элемента.

В значительном количестве мигрирует из верхней части профиля железо, ib меньших—алюминий, что связано с большей миграционной способностью железа в почвах с низким соотношением оксидов железа и алюминия и гумусовых веществ. Максимальный вынос этих ионов приходится на зимне-весенний период, причем в водах из оподзоленного горизонта их концентрация в это время выше, чем в водах из гумусового, вероятно, из-за разрушения минералов почвы. В течение вегетационного периода концентрация железа и алюминия в лизиметрических водах растет, общий вынос — падает.

Таблица 3

мг/л

Содержание катионов и анионов в лизиметрических водах, . 2

Год и время откачивания Горизонт и глубина лизиметра, см Са2 + Мй2 + реобщ. А13 + к+ нсо3- С1- в—5042+ Р — Р042 +

А, 15 13,9,) 5,1 0,42 33,35 13,70

2,52 0,93 0,08 6,03 2,48

Апрель 1989 А2В 30 14,80 1,69 4,38 0,50 — 0,4-) 0,05 — 30,91 3,52 20,70 2,36 — —

34,78 10,60 3,20 0,40 5,60 50,43 12,30 3,10

Ноябрь А, 15 0,89 0,27 0,08 0,01 0,14 1,29 0,31 0,08

А2В 30 43,18 0,51 11,83 0,14 4,2.1 0,05 0,33 0,004 12,00 0,14 52,46 0,62 31,40 0,37 — 1,89 0,02

А, 15 12,14 2,39 3,48 0,84 15,49 3,73 5,2? 1,26 2,80 0,54 44,33 10,68 25,80 6,22 36,48 8,79 0,70 0,17

Апрель 1990 А2В 30 12,80 2,47 3,63 0,70 15,20 2,93 4,47 0,86 6,20 1,48 37,82 7,29 29,10 5,61 28,80 5,55 0,69 0,13

Ноябрь А, 15 А2В 30 49,17 16,57 67,37 6,18 17,51 5,90 21,9") 2,01 13,96 4,70 11,17 1,02 0,43 0,15 0,46 0,04 6, 10 2,05 9,40 0,86 49,41 16,63 64,05 5,87 15,60 5,25 15,10 1,38 73,73 24.82 83.83 7,40 . 0,45 0,15 0,43 0,04

Продолжение

Год и время откачивания Горизонт и глубина лизиметра, см Са2+ М02 + 5 щ. А13+ к+ НСО,- С1- Э—БОч2+

А, 15 22,77 8,83 10,61 0,23 4,08 35,99 28,47 21,12 '0,31 _

Апрель 2,69 1,04 1,2-5 0,03 0,48 4,24 3,36 2,50 0,04

1991 А2В 30 26,78 2,53 8,89 0,84 17,87 1,69 0,38 0,04 6,67 0,63 35,99 3,4) 14,64 1,38 23,04 2,17 0,51 0,05"

А, 15 18,73 4,92 18,24 0,34 5,50 43,92 24,40 03,36 0;3)

Июнь 1,18 0,31 1,15 0,02 0,35 2,76 1,54 3,99 0,02

А-В 30 13,85 6,35 8,19 0,39 6,93 - 46,97 18,06 51,26 0,18

0,48 0,22 0,28 0,01 0,24 1,62 0,62 1,77 0,01

Ноябрь А, 15 — — 19,21 0,23 — С ,50 0,08 31,70 0,37 12,20 0,14 61,44 0,72 0,01 0,0001

А2В 30 — — 23,45 0,16 _ — 12,50 0,03 48,80 0,13 14,64 0,04 45,12 0,12 0,09 0,0002

Примечание. «—» —элемент'не определялся.

4.3. Вымывание анионов. В составе анионов изучаемых почв преобладают гпдрокарбонаты. Чем интенсивнее жизнедеятельность корней >н разложение опада, тем выше разложение гидрокарбонатов как по горизонтам, так и по сезонам года (табл. 3). В гумусовом горизонте часть углекислоты диффундирует в атмосферу, с чем связано увеличение содержания гидрокарбонатов с глубиной в водах летнего и осеннего сбора. В водах весеннего сбора содержание гидрокарбонатов в гумусовом горизонте выше, чем в оподзоленном.

В значительных количествах мигрируют сульфаты. При этом вымывание серы весной из гумусового и оподзоленного горизонтов происходит в одинаковых масштабах, после чего значительно растет вынос из гумусового горизонта и заметно меньше-—из оподзоленного, что объясняется, очевидно, высоким содержанием серы в растительных остатках и возможно, существенным привно-сом данного элемента из атмосферы.

В несколько меньших количествах вымываются хлориды. Концентрация их максимальна весной и постепенно снижается в течение вегетационного периода до незначительных величин. Больше хлоридов выносится из гумусового горизонта, концентрация их ниже, по сравнению -с оподзоленным, очевидно, из-за почти полного отсутствия их закрепления почвой.

Фосфаты мигрируют в очень незначительных количествах, т. к. обладают низкой подвижностью; больше их вымывается из гумусового горизонта, по сравнению с оподзоленным, и просматривается тенденция к снижению их содержания в водах осеннего сбора.

4.4. Вымывание органических веществ и азота. Наибольшее количество органических веществ вымывается из гумусового горизонта исследуемой почвы ранней весной, вероятно потому, что они интенсивно образуются в условиях временного избыточного увлажнения и ослабленной минерализации органических остатков. В процессе нарастания биомассы трав как концентрация углерода органических веществ, так и общий вынос его из гумусового горизонта снижаются в результате минерализации органических веществ. В вода!х из оподзоленного горизонта, наоборот, концентрация органического вещества ¡в фильтрующихся водах рас-, тет с нарастанием биомассы трав, общий вынос — уменьшается, что в какой-то степени служит доказательством одновременного протекания гумуиэаккумулятивного и подзолистого процессов в изучаемых почвах.

.Азот из верхних горизонтов изучаемых почв выносится в значительных количествах, в основном в виде органических соединений (до 80% от общего количества), его содержание заметно снижается в водах' из оподзоленного горизонта, по сравнению с гумусовым, и повышается в обеих в течение вегетационного периода в результате накопления и освобождения его при разложении органических остатков.

Доля минерального азота невелика как из-за интенсивного поглощения его микрофлорой и корнями растений, так ¡и из-за специфического разложения нигратов микроорганизмами ризосферы. Содержание иона аммония в лизиметрических водах значительно снижается с глубиной, т. к. он интенсивно сорбируется почвой. Концентрация и вынос нитратного азота в лизиметрических водах выше аммонийного вследствие лучшей его миграционной способности, слабого закрепления почвой; вынос его незначительно снижается с глубиной, концентрация.— растет.

4.5. Реакция среды и кислотность лизиметрических вод. Величина кислотности лизиметрических вод значительно отличалась от кислотности твердой фазы почвы. Реакция лизиметрических вод колебалась в зависимости от сезонов года в пределах 6,22—6,81 для гумусового горизонта и 6,38—6,95 — для оподзо-ленного.

Кислотность лизиметрических вод в значительной степени определяется растворенным углекислым газом, диффузия которого из гумусового горизонта происходит активнее. Кислотность от свободных органических кислот проявляется в слабой степени в гумусовом горизонте, в оподзоленном ее значение резко падает.

4.6. Круговорот элементов питания. Расчеты круговорота элементов питания на исследуемом лугу в 1989 и 1991 годах, т. е. в годы с количеством осадков 'близким к среднему многолетнему показали, что поступление из надземной и подземной фитомассы в гумусовый горизонт и оподзоленный азота, кальция, магния превышает их вынос даже при сенокосном использовании луга (85,8; 26,2; 7,3 кг/га соотв.) и эти элементы закрепляются в верхней части профиля.

Основной статьей потерь элементов питания из почвы оказалось вымывание их фильтрующимися осадками. Размеры выноса являются величинами того же порядка, что и отчуждение с урожаем, особенно в годы с избыточным количеством . осадков (1990 г.) когда вынос азота, кальция, магния, железа и серы из гумусового горизонта превысил их поступление; произошло накопление лишь углерода органических веществ, калия, фосфора, алюминия (табл. 4). Из слоя почвы 0—30 см больше чем поступило вынесено кальция, магния, железа и серы, при этом в нем накапливались углерод, азот, калий, фосфор и алюминий. Вынос железа из исследуемой почвы во все годы наблюдений превышал поступление или был почти равным. Причина этого явления может быть связана с современным оподзоливапием верхней части профиля. Таким образом, даже при заповедном использовании луга не происходит постоянного, неуклонного из года в год закрепления элементов питания в верхних горизонтах, а имеет место периодичность закрепления и выноса питательных веществ, хотя первое является (преимущественным.

Таблица 4

Круговорот элементов питания в дерново-подзолистой суглинистой Почве суходольного луга (1990 г.), кг/га

Запас, ц/га

Ре А1 Са Мй К Б Р N С

Накапливается в растительной массе

надземной: живои мертвой (ветоши)

подземной* (0—15 см) (0—30 см)

Всего: (0—15 см) (0—30 см)

50,0 10,4

40,4 45,6

101,4 106,6

45,5 14,7

46,1

52,0

106,3 112,2

4,1

0,8

9,7 10,9

14,6 15,8

9.1 1,3

19,0 21,4

29,4 31,8

44,5 12,2 11.1 1,7 111,3 21,8 11,6 2,8 13,7 1,9 89,6 12,5 23)2 3 448,2

33,5 37,9 12,5 14,1 19,8 22,3 24,6 27,8 0,9 7,8 63,4 71,6 1675.8 1891.9

90,2 94,6 25,3 26,9 152,9 155,4 39,0 42,2 22,5 23,4 165,5 173,7 4426.3 4642.4

Отчуждается с урожаем при сенокосном использовании луга

Вымывается фильтрующимися водами

с надземной живой 49,2 36,2 3,2 7,2 36,2 8,8 88,4 8,8 10,8 71,1

мертвой (ветошыо) 1,8 3,6 0,1 0,2 2,1 0,2 3,8 0,5 0,3 2 °

1829,1 77,6

из гумусового гор. из гумусового И 0П0ДЗ. _ __ 84,3 39,5 Н,1 9,0 195,0 86,5 67,4 27,1 25,9 23,5 336,1 129,5 3,2 1,7 176,2 32,3 563,3 279,9

Накапливается в почве

Всего: (0—15 см) (0—30 см) 59,4 64,6 - 0 0 7,9 15,4 0 0 0 0 34,8 33,7 0 0 8,2 10,6 0 68,1 1956,3 2455,8

* — из расчета отмирания 1/5 части подземной биомассы (обновление в 1990 г. па 21%)-

Выводы

1. В результате изучения процессов накопления и выноса минеральных и органических веществ в дерново-подзолистых суглинистых почвах таежно-лесной зоны в литературе накоплен значительный материал, характеризующий масштабы проявления этих процессов под лесной растительностью и на пашне, в то же время вопросы соотношения аккумуляции и вымывания элементов питания под луговой травянистой растительностью изучены недостаточно.

2. В литературе признается существование дернового процесса, развивающегося под влиянием луговой травянистой растительности, основными чертами которого являются накопление гумуса, азота, элементов зольного питания и формирование структуры. В то же время в пей не представлен достаточный экспериментальный ¡материал, характеризующий количественную сторону накопления и выноса под травами.

3. Проведенные нами исследования показали, что в период максимального развития травостоя надземная растительная масса составляет 4,99—6,99 т/га. Количество корней в дерново-подзолистой суглинистой .почве мелкозлаково-разнотравного луга в слое 0—20 ем составляет 14,5—25,3 т/га, несколько изменяясь в указанных пределах из года в год. От начала вегетации до середины лета, до периода максимального развития травостоя, количество корней увеличивается, затем постепенно снижается, хотя иГв ноябре оно не достигает весеннего минимума.

4. Отношение величины подземной фнтомассы к величине надземной не выходит за пределы 3,2—4,3 ¡в период максимального развития травостоя во все годы наблюдений. -

5. Доля живых корней в слое почвы 0—20 см составляет 57—75% от общего их количества, обнаруживая тенденцию к нарастанию в течение вегетационного периода.

6. Интенсивность обновления корней в годы наблюдений не превышает 14—21%, что позволяет предположить полное обновление корней в течение 4—5 лет. Наиболее интенсивно оно происходит ранней весной и продолжается до конца июня — начала июля.

7. Максимальное количество корней (79%) изучаемого мелкозлакового-разнотравного луга находится в слое 0—10 см; в двадцатисантиметровом слое сосредоточено 90% корней.

8. Фильтрация влаги через верхние горизонты почвы луга зависит от количества и характера поступления атмосферных осадков, стадии развития травостоя. Наибольшее количество осадков фильтруется на лугу через гумусовый горизонт в зимне-весенний период, составляя в среднем 82% от количества выпавших осадков и 61%—через оподзоленный. Меньшее количество осадков просачивается осенью: 13 и 6% соответственно. В годы с нор-

мальным количеством осадков промачнваиие верхней части профиля летом отсутствует.

9. Вместе с фильтрующимися водами в значительных количествах мигрируют катионы кальция, магния, железа, сульфаты, гидрокарбонаты, углерод и азот органических соединений. Лизиметрические воды содержат незначительное количество фосфатов, ионов алюминия, аммония, органических кислот; имеют близкую к нейтральной и нейтральную реакцию среды.

10. В лизиметрических водах из-под оподзоленного горизонта более высокая концентрация, чем в водах из-под гумусового, ионов кальция И магния, железа, алюминия, калия, гидрокарбонатов и меньшая — ионов аммония, нитратов, органического азота. Количество вымывающегося водорастворимого органического вещества зависит от стадии вегетации трав.

11. В балансе элементов ¡питания на суходольном лугу одной из основных расходных статей, соразшернмой с отчуждением с урожаем, является вынос элементов питания фильтрующимися водами. В годы с избыточным увлажнением (напр. 1990 г.) баланс азота в гумусовом горизонте, железа, кальция, ¡магния в гумусовом и оподзоленном горизонтах оказался отрицательным вследствие интенсивного вымывания не только при сенокосном, но даже и заповедном использовании луга. Баланс серы отрицательный во все годы наблюдений.

Список публикаций по теме диссертации:

1. Буркова О. А. Вынос элементов питания из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы суходольного луга. — Научные разработки и передовой опыт — производству Псковской области (Материалы XXX научио-произв. конф.); Великие Луки, 1992, с. 9—10.

2. Буркова О. А. Вымывание элементов питания из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы суходольного луга. — Рациональное использование земельных ресурсов России; Киров, 1993, с. 24—25.

Сдано в набор 11,11.93 г. Формат 60 X90'/]б- Объем I п. л.

Подписано к печати 17.11.93 г. Заказ 3430. Тираж 100. Бесплатно.

Великолукская городская типография Упринформпечати Псковской области, 182100, г. Великие Луки, ул. Полиграфистов, 78/12