Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПОЙМЫ Р. ОКА

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПОЙМЫ Р. ОКА"



На прозах рукописи

Шитов Станислав Александрович

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПОЙМЫ Р. ОКА

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва-

2007

Работа выполнена в лаборатории минералогии и микроморфологии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева РАСХН

Научный руководитель:

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Чижикова Наталия Петровна

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Защита диссертации состоится «1£» 2007 г. в 11 ч. на

заседании диссертационного совета Д 006.053.01 в Почвенном институте им. В.В. Докучаева РАСХН (119017, Москва, Пыжевский переулок, 7), факс: (495)-951-50-37

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института им. В.В. Докучаева РАСХН

Автореферат разослан » февраля 2007 г.

Ученый секретарь

Доктор биологических наук, профессор

Доктор сельскохозяйственных наук

Водяницкий Юрий Никифорович Яшин Иван Михайлович

диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

Любимова Ирина Николаевна

Актуальность

Высокое эффективное и потенциальное плодородие аллювиальных почв (особенно центральной части поймы) по сравнению с автоморфными, близость их к городам и селениям исторически определили особую роль пойменного агроландшафта в развитии сельского хозяйства всего Мира. Агроэкологические особенности аллювиальных почв, однако, нельзя на сегодняшний день считать достаточно изученными для ведения интенсивного сельского хозяйства. Дальнейшего исследования требует также устойчивость пойменных ландшафтов к техногенным нагрузкам в условиях лугово-пастбищной и интенсивной пропашной систем земледелия,

В литературе имеется немного материалов о минералогическом составе и структурных особенностях глинистых минералов в аллювиальных почвах и речном стоке. Данные почвы практически совсем не изучались дериватографнческим методом, который позволяет дать некоторую качественную оценку органической составляющей и охарактеризовать энергетику химических связей. Между тем минералогический состав тонкодисперсного вещества и свойства органических компонентов оказывают сильнейшее прямое и опосредованное воздействия на плодородие аллювиальных почв.

Цель работы

Изучить минералогические и органические компоненты аллювиальных почв центральной поймы р. Ока и их влияние на формирование плодородия при различных антропогенных воздействиях.

Задачи

^ Осуществить комплексные исследования свойств аллювиальных почв центральной поймы верхнего и среднего течений р, Ока:

- гранулометрический состав;

• валовой макро- и микроэлементный составы;

- агрохимические свойства,

^ Оценить уровень устойчивости аллювиальных почв центральной поймы р. Ока к техногенным воздействиям. Выявить основные тенденции развития изучаемых аллювиальных почв.

^ Изучить минералогический состав фракции ила, выделенной из аллювиальных темногумусовых почв и определить особенности расйределения основных минеральных фаз по профилю и на местности. Зафиксировать отличия минералогического состава аллювиальных почв двух пойм, различающихся характером использования и пойменного седиментогенеза.

^ Охарактеризовать органическое вещество почв и выделенных из них гранулометрических фракций <1,1-5,5-10, >10 мкм. Выявить закономерности в распределении термоактивной и термоинертной частей гумуса (подвергающихся пиролизу в области низких и высоких температур) по гранулометрическим фракциям и профилю. Определить тенденции в распределении энергий химических связей орга^ич^яих

и гранулометрическим фракциям. ! нмени к А ^Тимирязева

1 ! ЦНБ имени Н И. Желеэиова

Фонд науаныч литературы

Научная новизна

Сравнение а^охимических свойств аллювиальных почв, используемых в качестве сенокосов и пахотных угодий, с результатами исследований прошлых лет (20- и 50-летней давности) выявило значительный уровень устойчивости данных почв к техногенным нагрузкам.

Впервые получена оценка пространственного распределения и варьирования минералогического состава илистой фракции аллювиальных почв (на примере ключевых участков поймы).

Охарактеризовано варьирование термографических характеристик аллювиальных почв и выделенных из них гранулометрических фракций (<1, I-5, 5-10, >10 мкм) по профилю и на местности. Показано снижение отношения термоактивной части органического вещества к термоинертной (коэффициент термоактивности гумуса) с уменьшением размерности гранулометрических фракций, вниз по профилю и при дегумификации почв. Выявлено снижение термоактивности всего органического вещества с уменьшением размерности гранулометрических фракций. Термическим методом определены знамени» теп л от сгорания, термоактивной и термоинертной частей гумуса, энергетические запасы в органическом веществе аллювиальных почв.

Практическая значимость н реализация результатов

За 50-ти летний период использования аллювиальных темногумусовых почв под сенокосные угодья деградацнонных изменений их агрохимических свойств не зафиксировано.

Выявлено заметное ухудшение показателей плодородия агротемногумусовых (распахиваемых) аллювиальных почв за 50 лет их интенсивного использования и стабилизация значений агрохимических свойств в последние 20 лет. Определены некоторые факторы, лимитирующие уровень плодородия агротемногумусовых аллювиальных почв; дегумификация (при этом уменьшается количество как термоактивного, так и термоинертного органического вещества), зафосфачивание, высокое варьирование содержания доступного растениям калия.

Диагностировано отсутствие загрязнения аллювиальных темногумусовых и агротемногумусовых аллювиальных почв верхнего и среднего течений р. Ока тяжелыми металлами. Выявлены тесные связи между содержанием валовых форм некоторых макро- и микроэлементов и гранулометрическим составом аллювиальных почв, позволяющие в дальнейшем осуществлять предварительную оценку валового состава расположенных поблизости почв по гранулометрическим характеристикам.

Создана геоинформационная система почв Дединовского расширения поймы Оки. Система была получена путём наложения почвенной карты 1954 г. на топологическую основу. Осуществлена привязка к сети географических координат. Каждый контур содержит информацию о классификационном положении почв (классификации В.И. Шрага, 1953 г. и Почвенного института, 2004 г.) и свойствах их горизонтов. Полученная геоинформацнонная система необходима для осуществления дальнейших почвенно-эко логических исследований данного объекта и проведения сельскохозяйственных работ.

Защищаемые положения

1. Гранулометрический состав аллювиальных почв значительно варьирует в пространстве и по профилю, что обусловлено в большей степени характером седиментогенеза в различные периоды формирования поймы.

2. Аллювиальные почвы объектов исследования превосходят автоморфные бассейна р. Ока по содержанию валовых форм основных биогенных элементов, что обусловлено в большей степени более тяжелым гранулометрическим составом первых. Исследуемые почвы не загрязнены тяжелыми металлами. Отсутствуют также признаки их накопления.

3. При длительном использовании аллювиальных тем ногу мусовых почв под сенокосные угодья (50 лет) не происходит ухудшения свойств, определяющих их плодородие. Агротёмногумусовые аллювиальные почвы потеряли 1-2 абс. % гумуса за время своего использования под пашню (примерно 50 лет). Однако за последние 20 лет значительных изменений их агрохимических свойств не произошло, а некоторые, даже улучшили свои показатели.

4. Минералогический состав илистой фракции значительно варьирует в аллювиальных почвах, что обусловлено как изменением содержания илистой фракции в почве (в большей степени), так и соотношения основных минеральных фаз в иле.

5. Значения коэффициентов термоактивности гумуса ниже в распаханных почвах (потерявших часть органического вещества за время их интенсивного использования), чем в луговых аналогах. Имеет место некоторое пополнение термоактивной части органического вещества (количественно соответствующей гумусу, определенному методом Тюрина) за счет термоинертной составляющей. Вниз по профилю аллювиальных почв происходит снижение термической активности гумуса. Теплота сгорания органического вещества, рассчитанная на потерю массы образца, возрастает с увеличением размерности гранулометрических фракций.

Апробация

Результаты исследований докладывались на: 57-ой студенческой научной конференции (2-е место), МСХА, г. Москва, 2004 г.; III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», СПГУ, Санкт-Петербург, 2005 г.; Конференции, посвященной 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР В.А. Ковды «Биосферные функции почвенного покрова», Пущино, 2005 г.; Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005», МГУ им. М.В. Ломоносова, 2005; III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов», Владимир, 2005; VII Московском международном салоне промышленной собственности «Архнмед»-2005; совместном заседании лабораторий минералогии и микроморфологии почв, биолога и и биохимии почв, физики и механики почв и агропочвоведения Почвенного института им. В.В, Докучаева, 2006.

Публикации

По результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура в объем диссертации

Диссертация представлена на i&t стр. машинописного текста, состоит tn введения, 7 глав, и выводов, содержит 2-7 таблиц и рисунков, включает список использованной литературы из 2-fd- наименований, в том числе »а иностранных языках.

Автор благодарен своему научному руководителю Н.П. Чижиковой за постоянную помощь и поддержку при выполнении работы; Б.П. Градусову, Н.Б. Хитрову, В.П. Фролову, В.Л. Кончи цу, В.А, Черникову, за ценные советы и замечания при интерпритации результатов исследований; А.И, Кочетову, В.И. Топтыгиной, В.И. и Т.Е. Борисенко, |в.А. Большакову! и Д И. Руховичу за руководство и содействие на этапе получения фактического материала. С благодари остью я вспоминаю ценные советы и замечания |Л.Л. Шишова, данные мне при планировании и в начале выполнения данной работы.

Содержание работы Глава 1. Существующие представления об аллювиальных почвах п пойменных ландшафтах

В данной главе освещена история развития учения об аллювиальных почвах (М.В. Ломоносов, 1759; АА. Колесов, 1889; В.В. Докучаев, Н.М. Сибирцев, 1900; Б.Б, Полынов, 1909; А.И. Плюснин, 1938; В.А. Ковда, 1946; В.Р, Вильяме, 1948; В.И. Шраг, 1953; Д.Г. Виленский, 1955; Г.В. Добровольский, 1956, 1958, 2005). Описаны генезис и классификация пойм (В.А. Ковда, 1946; В.И. Шраг, 1954,1961) и аллювиальных почв (Б.Б. Полынов, 1909; В.И. Шраг, 1953; Г.В. Добровольский, 1991; Л.Л. Шишов, В.Д, Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова, 2004). Охарактеризовано разностороннее влияние климата (В.И. Шраг, 1954; Ф.И. Козловский, Э.А. Корнблюм, 1972; В.Н. Новосельцев, 2002), минералогии (З.Н. Горбунова, 1961, 1965; Ф.И. Козловский, Э.А. Корнблюм, 1972; Н.П. Чижикова, Е.А. Ярилова, 1974; Б.П. Градусов, Н.П. Чижикова, 1977; Н. Hambi, 1967; J.W. Herath, R.W. Grinshaw, 1967; A.T. Urushadze, N.P. Chijikova, 1997 и др,) и биотического комплекса (В.Н. Беклемишев, 1956; Т.Н. Евдокимова, 1958; А.Н. Тюрюканов, 1996; A.B. Головчеико, Н.Г. Добровольская, 2001; Л.Л. Убугунов, 2001; Г.М. Зенова, 2002, 2004 и др.) на формирование аллювиальных почв. Рассмотрено использование аллювиальных почв центральной поймы (В.И. Шраг, 1954; П.Н. Балабко, 1990, 1994, 2004, 2005; И.И. Карманов, 1997; Л.И. Кораблева, 1969, 1991; Ф.Р. Зайдельман, 2001).

Глава 2. Объекты н методы исследований

Объектом исследоваий послужили аллювиальные почвы центральной поймы верхнего и среднего течений р. Ока (Московская область), периодически заливаемые полыми водами. Выбраны два участка поймы, находящиеся под разным антропогенным воздействием: сенокосные угодья рядом с с. Дединово (ЗАО «Красная пойма», 25 тыс, га) и ежегодно распахиваемый участок рядом с с. Сосновска (Агрофирма «Сосновка» — пойма 320 га). Указанные объекты изучались и ранее: на первом — в 1954 г проводились комплексные почвенно-

4

мелиоративные изыскания экспедицией

«Росгипроводхоз»; на втором - в 1982 г осуществлялись исследования агрохимических свойств (Л.И. Кораблева, СЛ. Лялин, Т.Н. Авдеева, В.Ф. Уткаева, В.А. Санеев, В.И. Борисенко и др.) и минералогического состава (Н.П. Чижи ко ва) аллювиальных почв.

На Дединовском участке поймы по привязкам 1954 г на косимом лугу были заложены разрезы: 1 -на аллювиальной тёмногумусовой гидромета-морф изованн ой тяжелосуглинистой крупнопылеватой почве и 7 - на аллювиальной тёмногумусовой глееватой тнжелосугл инистой крупнопылеватой (Классификация и диагностика почв России! 2004), Вокруг каждого из них были заложены ключевые участки (ркс. I). Это позволило определить как среднее значение свойств почв (лучше сопоставимое с результатами исследований прошлых лет), так и их варьирование на местности. Разр. 6 заложен на некосимом лугу (недоступном для работы сельскохозяйственных машин) на аллювиальной тёмногумусовой глееватой легкосуглинистой мелко- и крупнопылеватой почве.

На Сосновском участке поймы (ОзерскиЙ район Московской области, в 35 км выше по течению р. Ока от Дединовской поймы) разрезы были заложены по привязкам 1982 г на распаханной центральной части поймы: 13 -агротёмн о гумусовая аллювиальная типичная среднесуглинистая мелкопесчаная крупной ылеватая; 14 - агротбм ногумусовая аллювиальная гидромета-морфизо ванная тяжелосуглинистая крупнопылеватая; 15 - та же, среднесуглинистая крупнопылеватая почва. Кроме того исследовались образцы дойных отложений, отобранные на участке реки рядом с с. Сосновска. Общее количество отобранных образцов - 65.

Определен гранулометрический состав методом Качинекого с подготовкой образцов к анализу с использованием пирофосфата натрия и методом Горбунова без предварительной обработки образцов какими-либо химическими реагентами. При их сопоставлении с использованием корреляционного анализа было выявлено, что оба метода определяют одинаковые количества физической глины (рис. 2). Однако по методу Горбунова выделяется на 10% от массы сух. почвы больше ила за счет фракций, относимых по методу Качикского к мелкой и средней пыли.

Определено валовое содержание макро- и микроэлементов с помощью рентгеифлуоресцентного анализатора модели ТЗФА-6111 (США) с использованием государственных стандартных образцов почв.

Агрохимические характеристики почв определяли методами, применяемыми в упомянутых исследованиях прошлых лет: рН годной и солевой суспензий потенциометрически; гидролитическая кислотность по Каппену; содержание гумуса по методу Тюрина в модификации Симакова; ионов Са1+ и MgI+ методом Шолленбергера на атомно-адсорбционном спектрофотрофотометре АА5-3 (ГДР); подвижных форм калия по МасловоЙ на

12(8)

5(4)/ |

!00н (

\ 2

\ -

У К-2гп

»4(10)

Рис. 1. Расположение разрезов в ключевом участке (в скобках указаны номера разрезов ключевого участка 7)

so, о

2 й

I

î

g

* tf

60,0

40,0

20,0

0,0

Л

г с ■ ----- Г1/ M? Ш ]

д л л:

•2k «¥-«,18 ^ г-0,89

0,0

,, 20,0 , 40,0 60,0 Мепоя Горбунова, % от сух, почвы

SO. О

О фвд. песок ♦ с. il* л м. п.

Ж ил * фи*, глина " * • фи», песок

■ м. п. — — ил — —фнз. глина

пламенном фотометре Flafo-4 (ГДР); подвижных форм фосфора методом Чнрикова и Кирсанова на фотоэдектро-колориметре Specol-221 ГДР; обменного натрия при вытеснении его уксуснокислым аммонием на пламенном фотометре FIafo-4 ГДР.

В выделенных методом Горбунова фракциях ила был произведен анализ минералогического состава. Ориентированные препараты исследовали рентгенди фрактометрически м методом на аппаратуре фирмы Карл ЦеЙсс Иен на (Германия). Режим работы универсального дифрактометрз марки HZG-4A: напряжение на трубке 40 кВ, анодный ток 40 мА, скорость вращения гониометра 2° в мин, излучение медное, фильтрованное никелем. Диагностику минералов проводил» по общепринятым руководствам. Полуколичественное содержа-ние основных минеральных фаз во фракции менее I мкм определено по методике Biscaye (1964,1965).

Аллювиальные почвы в целом, выделенные из них фракции ила, мелкой, средней пыли и группу фракций физического песка анализировали дериватографнческим методом на приборе марки Q-I500D системы Ф, Лаулих, И. Паулцк, Л. Эрдеи, завода MOM, (Венгрия), позволяющем совместно

использовать термогравиметрн-Таблица 1. Сопоставление содержаний ческ„й (ТГ)> дифференциально-термоактивного органического вещества, термогравиметрический (ДГГ) определенного дериватографнческим мето- И ДИфференцнально-термичес-""" " кнЙ (ДТА) методы анализа.

Изменения свойств образна наблюдались в диапазоне температур 20-1000 °С в атмосферном воздухе, прн скорости нагрева печи 10°/мин.

Произведено сопоставление содержания термоактивного органического вещества (сгорающего в низком диапа-

*3д<;сь и далее: м.п. - мелкая пыль; сл. - средняя пиль Рис. 2, Сопоставление содержаний гранулометрических фракций, определенных методами Горбунова и Качинского (п = 11)

Группы образцов {размер фракций, мм) Уравнение регрессии тина у = ах + Ь* Коэффициент корреляции (г) Размер выборки (п)

фнз. песок (>0,01) у» 1,04х -0,22 0,96 27

с. п. (0,01-0,005) у = 0,99х + 0,82 0,92 27

м.п. (0,005-0,001) у - 1,02х + 0,69 0,89 28

ил (<0,001) у =-0,86х + 0,40 0,68 42

почва в целом у= Г,24х-0;45 0,91 58

все образны у "1,021 + 0,13 (W 182

зоне температур) с содержанием гумуса, определенным методом Тюрина (табл. 1). Выявлено количественное соответствие этих групп органические веществ. При этом, дсриватографический метод позволяет определить с большей точностью температуры начала н конца пиролиза термоактивного органического вещества и потерю массы в данном температурном интервале.

Подсчет площадей термических эффектов (также как и рефлексов рент! ендифрактограмм ) производился с помощью програмы Adobe Photoshop v.8. Статистические характеристики данных получены с помощью программы Microsoft Excel 2002.

Глава 3. Гранулометрический состав аллювиальных почв

По всему профилю аллювиальные темногумусовые почвы ключевых участков Дединовской поймы имеют тяжелый гранулометрический состав. Доля пылеватых фракций превышает 65% с преобладанием частиц крупной пыли (31-59%, метод Качинского). Содержание ила колеблется от 9 до 27%. Иногда наблюдается резкое снижение содержания крупнопылеватой фракции на фоне увеличения количества илистой и мелкопылеватой (табл. 2). В Сосновской пойме распределение гранулометрических фракций по профилям исследуемых агротемногумусовых аллювиальных почв более неоднородно. Это обусловлено меньшими размерами расширения поймы и следовательно более динамично меняющимся паводковым режимом и характером седиментогенеза. Если в середине центральной поймы (разрез 14) гранулометрические фракции по профилю распределены равномерно, то ближе к прирусловой части (разрез 13) наблюдается заметное накопление крупного, среднего и мелкого леска в верхней части профиля, содержание физической глины при этом остается почти неизменным. Рядом с притеррасной поймой (разрез 15) отмечается резкое повышение содержания физического песка. В слое 62-71 см гранулометрический состав вообще представлен рыхлым песком.

Соотношение фракций в донных отложениях практически одинаково, хотя они были отобраны на разных сторонах реки. При этом оно хорошо сопоставимо с гранулометрическим составом пахотного и подпахотного горизонтов почв, расположенных ближе к прирусловой части поймы.

Для исследования варьирования гранулометрического состава в ключевых участках аллювиальных темногумусовых почв использовался метод Горбунова (более объективно определяющий содержание фракций ила, мелкой и средней пыли). Размах вариации содержания физической глины в верхних горизонтах составляет 13% от массы сух. почвы. Это соответствует отличию более, чем на одну категорию в классификации почв по гранулометрическому составу H.A. Качинского. В нижних горизонтах участка 1 (65-75 см) размах вариации содержания физической глины возрастает до 18%, что соответствует разнице уже в две категории. Стандртные отклонения содержания физической глины (рис. 3) составляют от 1,6 до 7,6% от сух. почвы. Коэффициенты вариации содержания физической глины на ключевых участках изменяются от 4 до 17% по профилю. Отмечается увеличение данного показателя с уменьшением содержания фракции <0,01 мм в почве. Закономерностей в характере варьирования по профилю содержания гранулометрических фракций

не отмечается, что является характерным для аллювиальных почв.

Таблица 2. Гранулометрический состав аллювиальных почв центральной поймы р. Ока, определенный методом Качинского_1_

Горизонт Глубина ВЭНТНЯ 1>бразца, см Содержание фракций, % от сух. почвы; размер частиц, мм Основное наименование разновнд-носей Дополн ительн ос наименование

4 ш о <ч о о о *А о о | 0,01-0,005 100'0*£00'0 8 ? о 9

Аллювиальная тСмногумусовая тдрометаморф нзован ная тяжелосуглинистая круш топ ылеватая (разрез I)

АШ 0-3 0,1 10.8 45,3 12,5 18,2 13,1 4ЗД тяж. сугл. крупнопылеватая

лиг 3-22 0,1 ад 46,7 15,8 15,4 12,7 43,9 тяж. су ГЛ. крупнопылеватая

А1)(Ч}1 30-40 0,1 12,2 42,8 12,9 19,6 12,5 44,9 тяж. сугл. круп нопылеватая

Аи(д)2 65-75 0,1 9,0 46,6 11,5 16,8 16,1 44,4 тяж. сугл. крупнопылеватая

С(са),чГ~ [00-110 0,1 9,1 57,5 4.8 18,6 9,9 33,3 сред. сугв. крупнопылеватая

130-140 0,1 14,0 59,0 12,8 4,2 10,0 27,0 легк. сугл. крупнопылеватая

Га же, глееватая легкос\ глинистая мелко- и крупнопылеватая (разрез 6)

АШ 0-7 1,2 9,2 33,7 14,4 21,6 19,9 55,9 легк, глав. мелко-круяноиылев.

лиг 7-25 0,1 0,8 43,2 16.0 19,9 20,0 55,9 легк. глнн. крупнопылеватая

ли<ч) 30-40 0,1 4,6 31,2 14.1 23,3 26.8 64,2 легк. глин. иловато крупноп ылеватая

ли(ч),е 65-75 0,1 5,4 31,7 20,5 14,5 27,8 ьг» легк. глин. иловато-крул ноп ылеватая

С(са),В" 90-100 0,1 1,7 7,8 13,3 25,5 51,7 90,4 тяж, глин. иловатая

1 а же, тяжелое /глинистая крупнопылеватая разрез 7)

ли1 0-10 0,4 7,3 49,1 9,5 21,1 12,5 43,1 тяж. сугл. крупнопылеватая

АШ 10-20 0,1 9,6 52,3 9,4 13,5 15,2 38,1 сред. сугл. крупнопылеватая

ли(ч) 40-50 0,1 7,8 51,0 11,7 10,8 18.5 41,0 тяж. сугл. крупнопылеватая

ли«ал 55-65 0,1 5,9 38,9 17,4 13,3 24,5 55,1 пег*, глин. и ловато-крупноп ылеватая

№-100 0,1 5,7 30,3 10,9 25,2 27,5 64,0 легк, глин. иловато-крупиопылеватая

Афогёмногумусовая аллювиальная типичная среднесуглинистая мслкопесчаная крупной ылеватая (разрез 13)

|>и 0-28 6,8 25,9 34.0 9,1 13,6 10,7 ЗЗА сред. сугл. мел конесч.-крупнопылев.

АШ 28-51 3,0 19,8 43,7 6,8 17,0 9.6 334 сред, сугл. крупное ылеватая

лиг 51-81 0,4 20,1 46,0 8,2 12,4 12,9 зад сред. сугл. крупнопылеватая

лиз 81-100 1,0 12,6 50,0 12.5 7,8 16,2 36,5 сред, сугл. крупноп ылеватая

С(саМ""~ 100-118 0,2 14,6 60,5 3,6 12,0 9,1 24,8 легк.сугл. крупнопылеватая

Та же, гидрометамо рфиэоваиная тяжелосуглинистая крупнопылеватая (разрез 14)

ри 0-26 0,4 10,3 44,0 9,8 14.9 20,7 45,4 тяж. сугл. крупнопылеватая

ли 26-35 0,4 6,3 44,7 15,7 11,5 21,4 48,6 тяж. сугл. крупнопылеватая

АО(ч) 40-65 0,1 8,2 41,5 15,4 15,2 19,5 50,2 легк, глин. круп нопылеватая

С(са),бГ~ 70-80 0,0 8,2 45,9 14,4 13,9 17.7 45,9 тяж, сугя. круп нопылеватая

С(са).р2" 125-140 0,1 6,5 52,1 12,6 14,7 14,2 41,5 тяж. сугл. крупнопылеватая

Та же, среднесугл к н истая крупноп ылеватая ( разрез 15)

ри 0-28 9.8 16,6 36,2 10,7 12,1 14,6 37,4 сред. сугл. крупнопылеватая

ли 28-40 15,3 23,8 29,5 10.8 10,1 10,4 31,3 сред, сугл. мелкопесч.-крупноп ы лев.

0(4)1 40-62 46.8 31,6 12,8 3,0 5,9 0,0 8.Я связнолесч. мелко-крупнопесчаная

Г>(4>2 63-71 71,6 21,4 6.2 0,0 0,0 0,0 0,8 рыхлопссч. хрупно-среднепесчаная

С(са).е" 82-95 12,1 19,8 36,2 11,3 9,7 10,9 31,9 сред. сугл. крупнопылеватая

£

ч.

0-3 3-22 30-10 65-75

'2Л ■■

ю-20 разпЕйяш^ гы^

30-40

65-75

0,0

Д.0 10,0 „, 15,0 20,0 25,0 Стандартные опсионсния. % от сук, почвы__

0 Гнгроскопнческая влажность В фкз. песок □ с. п. Dm.il.

Вил Нфиэ. глина

Рис. 3, Стандартные отклонения содержания гранулометрических фракций в аллювиальных темногумусовых почвах (но ключевым участкам)

Глава 4, Валовой химический состав аллювиальных оочв

От автоморфных почв бассейна р. Ока (дерново-подзолистых, серых и черноземных) аллювиальные темиогумусовые отличаются выравненностью валового химического состава по профилю. При этом заметна некоторая слоистость в распределении Са, Ыа, Р> характерная для почв, относящихся к стволу синлитогенных (табл. 3). Наряду с выравненностью валового химического состава по профилю можно наблюдать схожесть его и в пространстве. Так, почвы участков Дединовского и Сосновского расширений имеют сходный иногда до долей процента валовой состав, несмотря на то, что первый объект расположен на значительном расстоянии (35 км) ниже по течению от второго.

Аллювиальные почвы объектов исследования превосходят автоморфные по валовым количествам таких биогенных элементов, как фосфор, кальций и магний. В слое 0-28 см аллювиальных почв содержание фосфора составляет 8-9 т/га, калия — 71 т/га, кальция - 53-56 т/га и магния 56-57 т/га.

Тесные корреляционные связи наблюдаются между содержанием валовых форм некоторых макроэлементов в почве в целом и гранулометрическими характеристиками (табл. 4). Так с содержанием физической глины более всего связано количество Ре, затем следуют Т1, К, 51 (обратная связь) и Теснота этих связей (значения коэффициентов корреляции) характеризует преимущественное содержание элемента в той или иной фракции. При попытке построить корреляционные зависимости по всем изучаемым аллювиальным почвам (включая пахотные горизонты агротемногумусовых аллювиальных почв) было зафиксировано снижение коэффициентов корреляции. Это свидетельствует об уменьшении однородности выборки и следовательно о некотором отличии связей валового макроэлементного состава с гранулометрическими характеристиками агротемногумусовых аллювиальных почв.

Валовые формы всех изученных микроэлементов (2г, Бг, 2л, КЬ, Си, У, ва, РЬ, Аз, Вг, табл. 5) не превышают предельно допустимых для них кон-

Таблица 3. Валовой химический состав аллювиальных почв центральной

поймы р. Ока, % на прокалённую навеску

Горизонт Глубини вадтия образца, см *' 5Ю2 АЬОз Ре20, ТЮ2 МпО СаО МеО Ыа20 ?гО, КгО СпО,

Аллювиальная тёмногумусовая гидрометам! круннопылепатая () зрфизованпая тяжелосуглинистая разрез 1)

АШ 0-3 73,10 10,82 4,45 0,84 0,13 1,56 1,72 0,70 0.28 2,26 0,015

лиг 3-22 73,38 11,27 4,52 0,84 0,14 1,69 1,79 0,39 0,28 2,30 0,014

30-40 73,93 11,06 4,27 0,80 0,13 1,81 1,83 0,30 0,22 2,27 0,013

Аи(Ч>2 65-75 72,48 10,93 4,53 0,83 0,13 1,9] 1,90 0,33 0,18 2,28 0,013

С(са),чГ~ 100-110 73,50 11,69 4,09 0,83 0,12 1,74 1,94 0,28 0,20 2,21 0,011

130-140 73,66 11,59 3,25 0,78 0,09 1,58 1,66 0,65 0,20 2.09 0,011

Та же, глееватая тяжелое угл инистая крупнопылеватая (] эазрез 7)

А1Л 0-10 73,23 11,38 4,77 0,83 0,13 1,86 1,92 0,52 0,37 2,26 0,014

ли2 10-20 72,39 11,01 4,76 0,82 0,12 1,97 1,74 0,34 0,25 2,12 0,012

А1Чч) 30-40 72,50 11,77 4,58 0.83 0,14 1,53 1,80 0,41 0.25 2,44 0,016

АИ(ч>,б 65-75 71,84 11,15 5,09 0,88 0,10 1,30 2,04 0,58 0,18 2,42 0,013

90-100 71.68 11,72 5,58 0,90 0,13 1,24 1,96 0,54 0.17 2,48 0,015

Агротёмногу мусовая аллювиальная типичная среднесу глинистая мелкопесчаная крупнопылеватая (разрез 13)

Ри | 0-28 1 73,07 10,60| 3,75 | 0,79 | 0,11 | 1.48 I 1,83 I 0,60 I 0,27 | 2.23 I 0,011

Та же, гидрометамор< »изованная тяжелосуглинистая крупнопылеватая (разрез 14)

Р^ ( 0-28 171,61 11,55! 4,71 | 0,85 | 0,14 | 1,81 | 1,77 | 0,49 | 0,21 | 2,21 | 0,014

Та же, среднесу гл инистая крупнопылеватая (разрез 15)

РУ | 0-28 |72,14| 11,22| 3,77 | 0,74 | 0,12 | 2,03 1.87 [ 0,46 | 0,36 1 2,31 I 0,009

Таблица 4. Статистические характеристики корреляционных связей валового содержания макроэлементов с гранулометрическим составом

Сопоставляемые почвенные характериешки Метод Горбунова Метод Качн некого

Содержание макроэлемента, % от прокаленной почвы Содержание фракции, % от сух, почвы Уравнение корреляционной связи Коэффициент корреляции (г) Уравнение корреляционной связи Коэффициент корреляции (г)

КЮ, физ. глина у = -О.Обх + 75,6 0,76 у«-0,05х + 75,16 0,69

РегОз фнз. глина у-0,06х + 1,94 0,94 у » 0,05х + 2,21 0,90

КгО физ. глина у = 0,01х + 1,79 0,85 у -0,01х +1,83 0,83

МдО ил у = 0,01х + 1,52 0.80 у = 0,01х+ 1,67 0,57

физ. глина у = 0,003.4 + 0,69 0,90 у - 0,003х + 0,70 0,89

тюг ил у-0,003х + 0,75 0,75 у = 0,005х + 0,76 0,84

м. п. у ~ 0,01 х + 0,76 0,59 у = 0,003х + 0.78 0,58

Таблица 5. Микроэлементный состав аллювиальных почв, мг/кг (мкг/г)

Горизонт Глубина взятия образна, см 2г Бг 2п ЛЬ Си N1 У ва РЬ Ав Вг

Аллювиальная тбмногу му еовая гндрометаморфгаоваиная тяжел осу глинистая крупнопылеватая (разрез 1)

лш 0-3 432 150 98 89 37 32 31 и 9 8 6

АШ 3-22 447 160 100 96 40 43 32 15 7 9 5

АЦч)! 30-40 460 162 65 97 33 35 30 I! 11 5 5

Аи(ч>2 65-75 447 170 65 101 30 39 30 14 - 5 -

100-110 534 159 57 90 27 36 30 10 - 9 -

С(са),ч2 130-140 633 143 43 74 24 23 28 9 - 8 -

Та же, глеевагая тяжелосуглинистая крупнопылеватая (раз рез 7)

АШ 0-10 426 165 154 94 59 46 29 11 27 11 6

АШ 10-20 450 169 154 90 61 50 36 7 20 9 -

Аи(ч) 30-40 439 150 72 99 34 32 30 11 - 8 -

65-75 380 147 82 111 33 42 33 12 - 10 5

90-100 344 150 86 116 39 48 34 14 - 9 -

Агрогёмногумусовая аллювиальная типичная среднесугл инистая мелкопесчаная крупнопылеватая (разрез 13)

ри 0-28 445 | 132 55 76 24 26 I 26 11 15 8 5

Та же, гидрометамо] рфизованная тяжелосуглинистая крупнопылеватая (разрез 14)

ри 1 0-28 459 164 1 81 1 » 29 1 35 35 [ И 1 » 7 1 6

Та же. среднесуглиннсгая крупнопылеватая (разрез 15)

ри | 0-28 | 387 | 139 | 68 | 85 | 28 | 32 29 1 1 ю 1 7 1 »

центраций и располагаются равномерно по профилю. Накопления их в верхних горизонтах не зафиксировано. Некоторое увеличение количества в слое 0-20 см отмечается лишь по цинку. В то же время в пахотных горизонтах агротемногумусовых почв наблюдается даже некоторое снижение содержаний цинка и меди. Количества валовых форм ЯЬ, N1, так же как и вышеупомянутых макроэлементов характризовались тесной корреляционной связью с гранулометрическими характирстиками почв (коэффициенты корреляции с содержанием физической глины составляют 0,97, 0,92 (обратная связь) и 0,65 соответственно). При этом также было выявлено различие зависимостей для распаханных почв и находящихся под луговой растител ьностью.

Глава 5. Агрохимическая характеристика аллювиальных почв

Аллювиальные темногумусовые почвы центральной части поймы характеризуются положительными свойствами, определяющими их плодородие (таблица б): повышенное — очень высокое содержание обменного фосфора для зерновых культур - 7,0-25,5 мг/ЮОг почвы; среднее - повышенное содержание подвижного калия- 9,2-17,2 мг/100г почвы; нейтральная - слабощелочная реакция, рНКС| - 6,1-7,3; низкая гидролитическая кислотность; высокая емкость катиоиного обмена - 39,2-62,0 мг-экв/100г почвы; степень насыщенности основаниями, стремящаяся к 100%. Кроме того, данные почвы, имеющие

11

Таблица б. Сравнение современных показателей химических и физико-химических свойств аллювиальных темногумусовых почв с данными 1954 года (обозначены жнряым шрифтом)

Глубина взятия обрами, см Гумус РА по Чирикову, мтЯООг почвы РгО) по Кирсанову КгОпо Масповой рн водный рн солевой Поглощенные основания Сумма обменных оснований Иг ЕКО Степень насыщенности основаниями,1/*

Хср,%* V** % Хер., мг/100г почвы V, % Хер., мг/100г почвы V, % Хер, V, % Хер. V, % Са5* Мв*

2003г 1954г мгокв / ЮОг почвы

Аллювиальная тёмногумусовая гидрометаморфизованная тяжелосуглинистая крупнопылеватая (разрез 1, ключ 1)

0-3 - 8,1 8,0 25,2 45,6 20,0 11,5 7,7 6,7 8,9 6,2 8,7 37,0 6,0 44.4 1,8 47,6 93

3-22 0-24 5.0/5,0 4,0 13,2 32,6/15/1 и,э 9Л 13,7 7,6 2,3 6,8/7,0 3,8 40,9 6,7 52,0 52.0 =100

30-40 30-49 2.9/2Д 19,0 13,2 26,0/20,(И 31,0 9,5 15,9 8,1 1,1 7,3/7,4 2.2 42,9 7,1 58.4 58,4 =100

65-75 60-7« 2,4/2,3 16,0 - - - - - 8,1 2,2 7,3/7,2 1,8 48,5 72 62,0 62,0 =100

100-110 - 1,9 - - - - - - 8,2 - 7,4 - 41,4 6,6 55,4 55,4 =100

130-140 - 0,3 - - - - - - 8,2 - 7,5 - 35,6 5,8 45,4 45,4 =100

Та же, глееватая легкосуглинистая мелко- и крупнопылеватая (разрез 6)

0-7 - 7,9 - 28,4 74,7 - 172 - 7,1 - 6.3 45,5 5,9 50,4 2,7 53,1 95

7-25 - 5,0 - 11,7 39,1 - 12,8 - 7,6 - 6,8 44,0 6,1 49,8 1,1 50,9 98

30-40 - 3,6 - 10,0 20,4 - 14.5 - 7,6 - 6,4 39,1 5,3 43.0 и 44,2 97

65-75 - 3,0 - - - - - - 7,5 - 6,5 34,7 5,9 40,0 1,1 41,1 97

90-100 - 4,6 - - - - - 7,2 - 6,1 47,6 8,0 48,4 - 48,4 =100

Та же, тяжелосуглинистая крупнопылеватая (разрез 7 ключ 7)

0-10 0-16 6,6/5,1 16,0 13,0 362/40,0 8,1 12,1 93. 7,5 3,4 6,8/6,5 3,8 45,1 6,3 56,4/38,8 1,1/0,9 57,5/39,7 98/98

10-20 - 4,1 15,1 7,0 28,6 20,7 9,7 16,1 7,8 3,3 7,1 2,7 37,7 5,9 59,4 1,0 60,4 98

3040 ЗМ6 2,4/2,5 333 6,8 25,3 19,5 9,7 5,4 7,8 1,4 7,0/6,4 0,7 35,0 9,2 48,8/42,8 1.1 49,9 97

65-75 2.5 15,9 - - - - - 7,6 1,3 6,6 2,0 33,3 6,8 40,8 1,2 41,8 97

- 78-87 2,1 - - - - - - - - - - - - - 0,5 - -

№100 - 2.6 - - - - - - 7,6 - 6,5 - 33,8 5,6 38,0 12 39,2 97

* - среднее арифметическое по ключевому участку,**-коэффициент вариации (п5)

Таблица 7. Сравнение современных показателей химических и физико-химических свойств агротемногумусовых аллювиальных почв с данными 1982 года (обозначены жирным шрифтом)

Глубина взятия образка, см Гумус, % Р20, по Чнрикову К20 по Масловой N320 рН Поглощённые основания Сумма обменных оснований Нг ЕКО Степень насыщено-сти основаниями, %

водный соловой Са2* Ы?

2003г 1982г

мг/100г почвы мг-эквЛ (Юг почвы

Аг ротёмногумусовая аллювиальная типичная среднесуглинистая мелкопесчаиая крупнопылеватая (разрез 13)

0-28 0-20 3,6/2,9 19.4/33,4 33^3/9,6 3,5/1.9 7,9/8,0 7,2/7,0 28.9/35.4 5,7/9,6 34,6/45,0 0,6 43.6/45.6 99

28-51 25-35 2,6/1.9 36,1/23,5 16,1/53 3,0/13 8,1/8.0 7,1/7,0 27.9/34,2 7,0/12,0 34,9/463 оз 34,9/46,7 99

. 35-45 1,8 10,0/203 5.9 3,0/13 7.9 7,0 38,0 14,4 52,4 0,4 523 99

51-81 60-70 1,44,4 8.3/24,0 8,8/5,5 3.5/13 7,9/7,9. 7,3/7,1 32,6/37,8 7,3/11,6 39,8/49,4 0,4 39,8/493 99

81-100 90-100 1.7/13 7,1/32,4 8,5/43 3,5/13 8,1/7.9 73/7,9 35,1/184 7.5/5,0 42,7/233 0,4 42,7/23,6 98

100-118 - 1,3 6.3 7.1 3,8 8,0 7.3 29,8 5,0 34,8 34.8 -

. 120.130 0,4 215 2.1 13 7.9 7.2 33 0,8 43 03 4.6 94

Та же, гидрометаморфизованпая тяжелосуглинистая крупнопылеватая (раз эез 14)

0-26 0-20 3,7/3,0 16,2/1«Д 16,3/48,2 4,5/2,7 8,0/63 7,3/6,1 45,2/32^ 7,1/8^ 52,3/41Л 2,7 52,3/44,3 94

- 22-24 2,9 80,0 58,9 V ** V 313 9,6 41,4 2а 43,6 95

26-35 25-35 16,7/40,9 15,8/723 4,5/4,6 8.1/6,8 7 3/6,6 44,3/37,8 7,3/15^2 51,6/53,0 13 51,6/543 97

40-60 5№0 2.4/1,7 7,5/27,7 10,1/163 4.0/4Д 8,1/73 7,3/64» 49,2/52,0 8,2/16,6 57,3/68,6 03 57,3/69,1 99

70-80 - 1,7 73 11,0 2,2 8,1 73 46,5 8,4 54,9 - 573 -

- 80-90 м 214 63 3,1 7,6 V 37,0 153 52,8 0,4 54.9/53Д 99

- 105.125 1.1 233 6,7 3,8 7,7 7.1 42,0 123 543 0,4 55,2 99

125-140 - 1,6 6,0 11,4 4,0 8,2 7,3 49,1 7,0 56,0 - - ■

Та же, сред несуглинистая крупнопылеватая (разрез 15)

0-28 - 4,2 80.0 43,4 4,0 7,9 7Д 40,6 7,6 48,3 [ - 1 56,0 -

28-40 1,4 45,0 14,1 3,5 7,9 73 39,7 6,7 46,5 - 48,3 -

40-62 0,0 21,2 7,1 2,0 8,2 7,4 29,7 6,3 36,0 - 46,5 -

63-71 - 0,3 12.5 3,7 3,0 8,7 8,1 15,4 3,1 18,5 1 - 36,0 -

82-95 - 2.2 59.4 9,0 3.5 7,9 7.2 42.1 6.6 48,7 | - ! 18.5 -

матрицей для формирования плодородия минералогические и органические компоненты, описанные ниже, характеризуются значительным уровнем устойчивости к техногенным нагрузкам. Так, при их постоянном использовании (50 лет) в качестве сенокосных угодий основные показатели свойств почв остаются практически неизменными.

Аллювиальные почвы, используемые под пашню (табл, 7) по содержанию органического вещества вплотную приблизились к критическому уровню гумуснрованностн для этих почв — 2,5-3,0% (Кораблева, 1989), Однако за последние 20 лет не произошло заметной потери гумуса. Судя по приведенным данным, имеет место даже некоторое гу мусоиакоп лен не. Выявлен значительный уровень зафосфаченности, который заметно снизился за период с 1982 по 2003 гг. Высокое варьирование содержания подвижного калия несколько отдаляет уровень искусственного плодородия агротемногумусовых аллювиальных почв от высокого потенциального. В то же время на указанных почвах средний уровень содержания доступного растениям калия в результате антропогенного воздействия приблизился к оптимальному (повышенному). Значения рН почвенной суспензии в данных почвах несколько больше, чем у луговых аналогов. При этом, подщелачиванне произошло в последние 20 лет использования. Остальные физико-химические свойства данных почв (сумма обменных оснований, Нг, степень насыщенности основаниями) схожи с аллювиальными темногумусовыми.

Глава 6. Минералогический состав аллювиальных почв

Основным компонентом фракции менее 1 мкм аллювиальных темногумусовых почв (рис. 4) является неупорядоченные смешаннослойные слюда-смектитовые образования с высоким содержанием смектитовых пакетов, количество которых в сумме с другими набухающими компонентами (хлорит-смектитом, индивидуальным смектитом, слюда-смектитом с низким содержанием смектитовых пакетов) колеблется от 63 до 80% для первого клю-

g Í

il о е

0-3* • ^v i;--- • ••. ••-<•• 1> ... J ------- 69 ....

3-22* AvjiC'UïBr V «-<••.• il 1 .¡ ■ . : .....71 •

а* 30-40* k if-И ■ -.--y.,., - 71 »■■'•■:■■.

ñ 65-75* • I «-I3-Í 'V. - . •••••• ч . - 71 » -.-■.■ ------■

100-И0 : .^g -,. :, .. , . , - ■

130-НО i-Ai"|V- < 24V ..••, 1 ■ - ; 1 -70 . - . ■ .........'

0-10* C'WH1 'M-1KÎ »■>;• 1 S . •• - 7i: „,J if\i' ;

г- 10-20* ..------. • • 72 • • ■ ■■■.. ■■ ■ ■ ■-

S 30-40* I--- ..,..,. . .... ......... 7S ■■ „-- ...

¡г 65-75* - 1 v .. ■ ..." .L-. .,.!•■ ...74 ------: л!.. ■ . ,' . '.

90-100 i —4 . • - - - 76- ----- -

0% 20% 40% 60% £0% 100% __Соотношение основных минеральных фаз, % от суммы

|Нкаояинит+кдорнт(7А) О гид росл ¡ода (ЮА) Осмектитоваз фаза (17-1SA) j

* • средние значения по ключевым участкам, остальные величины приводятся по опорным разрезам

Рис. 4. Соотношение основных минеральных фаз в илистой фракции аллювиальных темногумусовых почв Дсдиновского расширения Окской поймы

чевого участка и от 52 до 82% — для седьмого. В верхнем 30-ти сантиметровом слое почв эта фаза сильно разупорядочена.

Сопутствующим компонентом являются гидрослюды триоктаэдрнческого типа с примесью диоктаэдрических разностей (в сумме 16-27%). Количество каолинита в сумме с хлоритом составляет 5-9%, причем соотношение меняется в разных генетических горизонтах. В ряде образцов наиболее часто в верхних 0-3 см количество тонкодисперсного кварца несколько выше, чем в остальных.

Минералогический состав илистой фракции агротемногумусовых аллювиальных почв по данным Н.П. Чижи ко вой (1982, 2002) отличается значительно меньшим содержанием смектитовой фазы (45-61%) по всему профилю и несколько большим относительным содержанием гидрослюды и каолинита с хлоритом (24-58 и 10-17% от фракции ила). При пересчете содержания глинистых минералов на почву в целом отмечается, что почвы центра Сосновской поймы примерно в 2 раза беднее почв Дединовской смектитовой фазой (5,8-10,4 и 10,8-28,8% от массы сух. почвы соответственно). При этом содержание двух других фаз практически такое же. Это обстоятельство объясняются размерами изучаемых объектов. Так, в более крупной Дединовской пойме скорость течения вод в половодье ниже. При этом происходит седиментация более тонких частиц, обогащенных смектитом. В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что ил донных отложений, отобранных рядом с распахиваемой Сосновской поймой, расположенной выше по течению, ближе по минералогическому составу к данной фракции аллювиальных темногумусовых почв Дединовской поймы (смектитовая фаза - 72-76%, гидрослюдистая — 13-17%, каолинит-хлоритовая -11%).

Такое соотношение минеральных фаз в илистой фракции указанных почв свидетельствует о высоком уровне их потенциального плодородия. Преобладание набухающей фазы, являющейся наиболее резшноцноспособной, обеспечивает активное взаимодействие с органическим веществом, обуславливает высокую ЕКО. Значительное содержание гидрослюд является показателем обеспеченности почв калием. В то же время в агротемногумусовых почвах, потерявших часть гумуса смектитовая фаза оказывает негативное воздействие на физические свойства почв {заплывание, образование корки).

Выявлено значительное варьирование основных минеральных фаз илистой фракции по ключевым участкам (рис. 5). Это обусловлено как изменением содержания илистой фракции в почве (в большей степени, рис. 6), так и соотношением глинистых минералов. Количество илистого вещества колеблется в ключевых участках в значительной степени: в ключе 1 - от 16 до 29, в ключе 7 - от 19 до 38% от сух почвы. При этом содержание ила обусловлено в большей степени спецификой отложений аллювия в различные периоды формирования поймы и распределяется по профилям почв без каких-либо закономерностей.

Варьирование содержания глинистых минералов в аллювиальных темногумусовых почвах обусловлено слоистостью аллювия. В нижних горизон-

г а 5 ^

л = ** я*

я «р -Г I £ ч М § 2 ° й й ; -; я 'г-

0-3

3-22 ГШ'У^Ш^Т

65-15 -

23 й

О-10 (КЗИ-! =

10-20 ; »¡»Я

30-40 ■

1.4

3.

0,0

1Д) 2,0 3,0 „ 4,0

Стандартное отклонен не, % от сух. почем

5,0

6,0

Условные обозначения см. рис. 4

Рис. 5. Варьирование содержания минералов илистой фракции в аллювиальных темногумусовых почвах (по ключевым участкам)

0 ?

1

3 о X

5 10 15 20 25 30 35 Содержание минералов илистой фракции, % от сух. почвы

40

Условные обозначения см. рис. 4

Рис. 6. Содержание минералов илистой фракции в аллювиальных темногумусовых почвах (ключевых участков)

тах почв ключа 7 (более гидроморфного) несколько возрастает варьирование каолинит-хлоритовой фазы. Остальные фазы варьируют без явной закономерности. Результаты наших исследований согласуются с выводами полученными ранее (Градусов, Чижикова, 1977), о большем количестве смектита > аллювиальных почв по сравнению с автоморфными почвами.

Глава 7. Органические компоненты аллювиальных почв

Аллювиальные почвы объектов исследования характеризуются значительным количеством гумуса, медленно снижающимся вниз по профилю. При этом аллювиальные темногумусовые почвы характеризуются более высоким содержанием органического вещества (табл. 6, 8) по сравнению с агротемногумусовыми (табл. 7). В аллювиальных темногумусовых почвах, находящихся под косимым лугом в течение 50-тн лет не произошло потери гумуса. Пахотные почвы Сосновской поймы за все время интенсивного использования (примерно 50 лет) потеряли 1-2 абс. % органического вещества. За последние же 20 лет достоверной дегумификации не зафиксировано.

Таблица 8. Среднее содержание гумуса в аллювиальных темногумусовых

почвах и выделенных из них гранулометрических фракциях

1 * Горизо!гг Глубина взятия образца, см Содержание гуму почвы (размер ф! са, % от сух, эакции, мм) Вклад фракций в общее содержание гумуса, %

почва в целом фнз. песок >0,01) с, п. (0,010.005) м. П. (0,0050,001) ил (<0,001) физ. песок (>0,01) С. II, (0,010,005) м. II. (0,0050,001) мл (<0,001)

ключ 1 АШ 0-3 8,1 4,2 7,1 10,9 8,5 44,2 12,0 23,9 19,9

АН 2 3-22 5,0 1,9 5.0 8,1 6,9 31,0 13.3 28,0 27,7

А11(ч)1 30-40 2,9 0,8 2,8 5,5 4,8 22,0 9,6 24,5 43.9

ли^з 65-75 2,4 0,8 2,3 4,7 3,6 0,0 12,8 35,7 51,6

С(са),цГ ~ ¡оо-ио ¡.9 0,0 2,1 4.2 4.3 0,0 12.0 28,} 60,0

¡30-/40 11,3 0.0 2.1 3,1 4.3 0.0 11.2 19.9 68.9

* АШ 0-10 6,6 4,1 5,2 8,0 7,1 48,3 7,9 16,5 27,3

АШ 10-20 4,1 1,7 4,3 6,7 5,1 36,9 8,6 23,7 30.8

АУНс,) 30-40 2,4 0,5 3,1 4,(1 5,1 25,6 6,0 12,9 55.5

Аи(ч),й 65-75 2.5 0,7 1,9 4.1 3,6 13,5 10,3 23.6 52,6

90-100 2.6 0,0 2.1 3.2 4.6 0.0 10.3 20.3 69,5

*Кут>сивал< предстаилены значения, приведенные по опорному разрезу

Наибольшее количество органического верхних горизонтов во фракции мелкой среднепылеватая фракции и физический закономерность несколько изменяется.

ДТ1

ДТА

V

21

IV

859

Ж 3 и / К

/ 721

/ 5

534

449

Мб

241

114

39

т

Рис. 7. Кривые ТГ, ДТГ и ДТА, отображающие все температурные эффекты, встречающиеся в исследуемых образцах (на кривой Т указано средние значения температурных интервалов для почвы в целом)

вещества содержится в образцах пыли, затем следует илистая, песок. Вниз по профилю эта

Более детально охарактеризовать органическое вещество почв позволяет деривато-графический метод анализа. За основу при выделении температурных интервалов, в которых происходят качественно отличающиеся друг от друга преобразования, образцов был взят термогравиметрический метод. Диапазон температур (20-1000°С), в пределах которого анализи-ровались изменения свойств почв и гранулометрических фракций был разбит на 10 подинтервалов. На рисунке 7 приведены кривые ТГ, ДТГ и ДТА с отображенными на них всеми встречающимися в исследуемых образцах температурными эффектами, большинство из которых в той или иной степени выражены у всех иссле-

Таблица 9. Некоторые статистические показатели характеристических

температур эффектов кривой ТГ

| Образец Статистические показатели Температурные эффекты

Испарение адсорбированной воды Пиролиз термоактивной части гумуса Пиролиз термоинертной части гумуса Изменения минералогической составляющей

А Б В Г д Е Ж 3 И К

физ. песок Среднее*, "С 23,1 36,7 101,4 244,5 380,4 459,9 531,8 683,6

Максимум, °С 25 61 142 289 430 480 586 £10

Минимум, "С 21 23 74 169 310 402 480 585

а**, "С 1,2 9,0 18,2 22,1 28,6 26,7 25,5 106,6

п*** 27 23 27 26 27 9 27 0 14 0

С и Среднее, иС 21,7 37,1 109,3 236,1 352,8 448,8 556,1 727,0 920,0

Максимум, "С 25 51 126 268 372 495 582 810

Минимум, иС 17 25 78 210 311 400 518 635

о,иС 2,4 7,2 12,0 14,6 17,6 29,1 16,2 73,5

п 27 27 27 27 27 23 27 0 26 1

В г Среднее, "С 39,5 120,6 221,0 3433 459,7 5483 7983 946,6

Максимум, иС 25 50 151 238 404 534 573 897 999

Минимум, "С 17 26 95 191 292 419 524 690 890

о, С 2,1 6,6 13,8 9,8 24,1 30,8 16,0 52,8 35,4

п 27 27 27 27 27 26 27 0 27 19

§ Среднее, иС 22,6 36,2 137,0 гнм> 3023 455,8 538,9 819,2 899,4

Максимум, "С 25 50 162 271 357 494 570 909 950

Минимум, "С 20 26 106 184 254 421 517 672 840

о,иС 1,5 6.9 15,3 20,8 23,5 18,6 10,9 72,5 38.7

п 42 42 42 38 42 42 42 0 42 13

почва в целом Среднее, "С 21,4 38,9 114,4 2423 345,9 448,5 534,1 665,4 721$ 8583

Максимум, "С 26 60 150 293 393 490 583 729 791 929

Минимум, "С 18 28 78 192 301 355 480 576 640 748

«,иС 2,1 6,9 14,4 19,3 21,8 29,6 24,1 32,1 37,6 212,1

п 58 58 58 58 58 54 58 37 58 16

* - среднее арифметическое; ** - среднее квадрэтическое отклонение; '" - количество общнтываемых эффектов

дуемых фракций. Однако значения температур, при которых происходят преобразования образцов, варьируют в значительной степени (табл. 9). Температуры конца пиролиза термоактнвной части органического вещества (количественно соответствующей гумусу, определенному методом Тюрина, табл. 1) возрастают с увеличением размерности частиц (эффект Г). Вместе с тем увеличивается и прочность связей данной группы гумуса. Пиролиз термоинертного органического вещества заканчивается (Ж) для фракции физического песка при самых низких температурах, затем следуют образцы почвы в целом, ила, мелкой и средней пыли. Эти различия обусловлены характером взаимосвязи органического вещества с минералогической составляющей. Зафиксировано увеличение прочности связи гигроскопической влаги при уменьшении размерности фракций (В).

Ключ ]

Номер ключевого участка и глубина взитмя образца, см | №физ. песок И с. п. Им, п. Шил Пп, и. |

Черным цветом обведены средние значения по ключевым участкам, остальные вотчины приводятся по опорным разрезам

Рис. 8. Распределение коэффициента термоактивности по профилю аллювиальных темиогумусовых почв

Различие в содержании органического вещества между верхними (0-20) и нижними горизонтами профилей аллювиальных тем ногу мусовых почв возрастает с увеличением размерности гранулометрических фракций. Количество гигроскопической влаги растет с уменьшением размерности частиц: физический песок - 0,2-1,3 % от массы сух. образца, средняя пыль -1,0-4,0, мелкая пыль 2,8-7,1, ил — 10,4-13,7 и почва в целом - 1,4-7,9 (или соответственно 20-30,25-35, 30-40, 40-50 и 35-50% от общей потери массы).

Проанализировано отношение термоактивной части гумуса к термоинертной (коэффициент термоактивностн гумуса. У, рис. 8). Снижение количества термоактивного органического вещества относительно термоинертной составляющей происходит с уменьшением размерности гранулометрических фракций. Вниз по профилю аллювиальных почв вместе со снижением общего содержания органического вещества происходит его частичный переход в термоинертную форму (уменьшение У). В большей степени эта закономерность относится к фракциям физического песка, средней пыли и почве в целом. Значения коэффициента термоактивности, характеризующие аллювиальные тем ногу мусовые почвы несколько выше, чем у распахиваемых аналогов (0,9-1,8 и 0,6-1,1 соответственно, для почв со схожим гранулометрическим составом). Наряду с разрушением термоактивной части гумуса в процессе сельскохозяйственного использования происходит уменьшение количества термоинертной составляющей. Это может свидетельствовать о некотором пополнении первой группы органического вещества за счет второй. Данный процесс протекает не настолько быстро, чтобы коэффициент термоактивности органического вещества при дегумификации остался неизменным.

0123456789 10 П Вклад, % от сух, почвы_

Вфиз. песок, Сакт Офиз. песок, Син Ис. п., Сакт Ос, п.,Сии Ям. л., Сакт_Ом. п., Сии_Вил, Сакт_О ил, Син_

Черным цветом обведены средние значения по ключевым участкам, остальные величины приводятся по опорным разрезам

Рис. 9. Вклад гранулометрических фракций в общее содержание термоактивного и термоинертного гумуса аллювиальных темногумусовых почв

Проанализирован вклад гранулометрнческих фракций аллювиальных почв в общее содержание гумуса двух выделенных выше групп (рис. 9). Отмечено, что термоактивное и термоинертное органическое вещество фракции физического песка вносит значительный пай в общее содержание гумуса почвы в слое 0-20 см и резко снижается вниз по профилю (содержание фракции в почве 39-73%). Вклад гумуса более тонких фракций медленнее снижается от верхних горизонтов к нижним. Наибольшее количество органического вещества по всему профилю, концентрируется во фракции ила.

Распределение гигроскопической влаги по фракциям разной размерности происходит следующим образом: пай илистой фракции составляет 50-90% от общего содержания гигроскопической влаги, мелкой пыли - 5-18, средней пылн - 2-7 и фракция физического песка - 3-21%. При этом вниз по профилю вклад илистой фракции возрастает, а физического песка - снижается.

Метод дифференциально-термического анализа позволил зафиксировать энергетические превращения образцов при их нагревании, дать им некоторую качественную и количественную оценку. Фракции разной размерности в значительной степени различаются характером выделения и поглощения энергии при их нагревании до 1000°С (табл. 10). Габитус кривых фракций одной размерности, выделенных из аналогичных горизонтов разрезов ключевого участка, заметно варьирует. Это свидетельствует о значительном изменении качества органического вещества на местности (если учесть хорошую воспроизводимость результатов ДТА). В большей степени изменяются энергетические эффекты фракции мелкой пыли. Затем следуют ил, средняя пыль, почва в целом и физический песок.

По внешнему виду кривых ДТА можно отметить те же закономерности, что и по эффектам кривых ТГ. Экзотермические эффекты, обусловленные пиролизом разных по термоустоЙчивости групп гумуса, смещаются в сторону

Таблица 10. Кривые ДТЛ фракций разной размеримте и аллювиальной тёмжнумусовой гидрометаморфизованной почвы в целом (разрез П_

Глубина образца, см физический песок средняя пыль мелкая пыль ил почва в целом

0-3

3-22

30-40 _

65-75 _— __

100-110 _______ —

130-140 --- — ^——

низких температур с уменьшением размерности гранулометрических фракций. Характеристическая температура, при которой образец поглотил наибольшее количество энергии в результате испарения гигроскопической влаги, у фракции физического песка имеет наименьшие значения. В то время, как у частиц илистой размерности эта температура самая большая из изучаемых образцов.

Агротемногумусовые аллювиальные почвы выделяют значительно меньше тепла в результате пиролиза органического вещества, чем аллювиальные темногумусовые (за счет более низкого содержания гумуса). Однако габитус кривой ДТА сохраняет все термические эффекты присущие луговому аналогу. То есть при дегумификацин не происходит уменьшения количества групп органического вещества разной термоустойчивости (всего их можно выделить 4).

Значения теп лот сгорания термоактивной и термоинертной частей органического вещества (табл. 11), рассчитаны в ккал на ЮОг сух. образца и на 100г потери массы в пределах температурного интервала реакции (удельная теплота сгорания, (Э/Дт). Теплоты сгорания гумуса гранулометрических фракций разной размерности снижаются в последовательности: мелкая пыль, ил, средняя пыль, физический песок (в соответствии с содержанием органического вещества). При этом удельные теплоты сгорания обоих групп |умуса возрастают с увеличением размерности частиц. Это свидетельствует о возрастании прочности, сложности и обуглероженноети органических - органами неральных соединений от тонких гранулометрических фракций к крупным. Термоинертная часть органического вещества по сравнению с термоактивной характеризуется более высокой удельной теплотой сгорания. Отношение энергии, выделяемой при пиролизе термоактивной части гумуса, к энергии, выделяемой термоинертной составляющей (Уэнерг), возрастает вниз по профилю (в отличие от У). Это в большей степени обусловлено увеличением удельной теплоты сгорания термоактнвной части гумуса с глубиной. Кроме того, выявлено увеличение прочности связи гигроскопической влаги с образ-

21

Таблица ]1. Некоторые термодинамические характеристики аллювиальных почв н гранулометрических фракций разной размерности___

Изучаемая фракция (почва) Поглощение тепла при испарении гигроск. влаги, ккал Теплота сгорания, ккал Уэнерг* (QÜKT/QHH)

термоакшвный гумус термоинертный гумус

на ЮОг сух. образца (Qmol на ЮОг потери массы (ОнзсМт) на ЮОг сух. образка (Оакт) на ЮОг Потери массы (Оакт/Дт) на ЮОг сух. образца (Оии> на ЮОг потери массы (Оакт/Дт!

фи1. песок 0,1-0,3 2-16 4,1-11,5 279-590 1,6-6,8 345-687 1,6-2,6

с. л. 0,1-0,5 4-13 5,3-15,0 226-495 3,4-12,0 182-313 1,2-1,6

м. п. 0,5-2,4 18-41 4,0-17,7 161-222 5,9-18,1 185-256 0,6-1,2

ил 3,6-4,5 25-36 6,5-12,3 129-201 4,8-15,0 73-143 0,8-1,8

Аллювиальные темиогум усовые почвы 0,6-2,3 9-33 5,3-15,0 194-267 3,2-12,0 117-332 U-1,5

Агротемно-гумусоше аллювиальные почвы 0,1-1,0 9-27 4,0-8,1 195-561 2,0-5,8 1П-540 1,2-1,9

* Коэффициент термоактивносги гумуса энергетический

а о Я

ш

i Ei

0-3

3-22

30-40

Wíífflístaeai ш и ssss ша! та шкящш^ sí

65-75

100-110

32

130-140

10-20 40-50

ШЙШ

a ÜSS ¡Mi

10 20 Энергетический вклад, ккал / 100 г сух. почвы

25

Условные обозначения см. рис. 9

Рис. 10. Вклад гранулометрических фракций в общую энтальпию пиролиза гумуса аллювиальных тем но гумусовых почв

цом (возрастание поглощаемой энергии на 100г гигроскопической влаги) при уменьшении размерности частиц и увеличении количества органического вещества.

Интерес представляет энергетический вклад, вносимый термоактивной и термоинертной частями гумуса гранулометрических фракций разной размерности в общую теплоту сгорания органического вещества почвы (рис. 12). От распределения гумусовых веществ разной термоустойчивости по фракциям (рис. 10) распределение энергии отличается возрастанием пая, вносимого группой фракций физического леска и некоторым снижением роли ила, что объясняется большей удельной теплотой сгорания органического вещества крупных фракций.

Выводы:

1. На распределение гранулометрических фракций аллювиальных почв центральной поймы верхнего и среднего течений р. Ока наибольшее влияние оказывает характер пойменного седиментогенеза. Варьирование содержания частиц разной размерности по профилю и на местности в значительной степени определяет такие свойства исследуемых почв, как валовой химический, минералогический составы, количество и качество органического вещества.

2. Валовой состав аллювиальных почв характеризуется ббльшнм запасом биофильных элементов по сравнению с автоморфнымн бассейна реки. Признаки загрязнения микроэлементами Бг, ЯЬ, Си, N1, V, ва, РЬ, Аз, В г) и их накопления отсутствуют. Только по 2п наблюдается некоторое увеличение концентрации (пока не превышающее ПДК) в верхних горизонтах аллювиальных тем ногуму совы х почв.

3. Минералогические и органические компоненты аллювиальных почв обуславливают значительный уровень их устойчивости к техногенным воздействиям. Так, при 50-ти летнем использовании аллювиальных темкогумусовых почв в качестве сенокосных угодий основные показатели почвенного плодородия остаются практически неизменными. На распахиваемые же почвы в течение аналогичного периода агротехиогенез оказал как отрицательное (дегумнфнкация, ухудшение физических свойств, увеличение варьирования доступного калия, подщелачивание), так и положительные воздействия (повышеный уровень содержания подвижного калия в среднем, снижение зафосфач иван и я). При этом, в последние 20 лет использования агротем ногуму совы х аллювиальных почв практически не произошло деградационнык изменений агрохимических свойств.

4. Аллювиальные почвы характеризуются повышенным содержанием смектитовой фазы по сравнению с автоморфнымн бассейна р. Ока, Соотношение минеральных фаз в илистой фракции данных почв указывает на высокий уровень их потенциального плодородия. Однако, при снижении содержания гумуса набухающие минералы почвы, оказывают негативное воздействие на ее физические свойства. Распределение минералов илистой фракции в исследуемых почвах обуславливается главным образом гидродинамической активностью полых вод. Так: содержание смектитовой фазы в почвах крупной Дедин о вс кой поймы больше, чем в небольшом Сосиовском расширении, где водные массы быстрее передвигаются в половодье. Содержание основных минеральных фаз илистой фракции значительно варьирует на местности и по профилю, что обусловлено как изменением содержания илистой фракции в почве (в большей степени), так и их соотношением в иле.

5. Значительное содержание гумуса отмечено в аллювиальных темногумусовых почвах в целом и выделенных из них гранулометрических фракциях 1-5, <1, 5-10, >10 мкм (в порядке убывания). Каждая из фракций содержит как термоактивное органическое вещество (количественно соответствующее гумусу, определенному методом Тюрина), так и термоинертное. Отношение этих групп (коэффициент термоактнвностн) снижается с уменьшением размерности гранулометрических фракций, вниз по

профилю аллювиальных почв и в результате дегумификаиии (при этом происходит некоторое пополнение первой части гумуса за счет второй). С увеличением размерности гранулометрических фракций органическое вещество обеих групп становится более инертным (возрастание значений характеристических температур и удельных теплот сгорания), Отношенне теплот сгорания гермоактивной части гумуса н термоинертной увеличивается вниз по профилю аллювиальных почв, что обусловлено ростом удельной теплоты сгорания термоактивного органического вещества с глубиной.

Рекомендации производству

Для приближения к потенциальному уровню плодородия агротемногумусовых аллювиальных почв следует: увеличить количество вносимых органических удобрений на этих склонных к гумусонакоплению почвах; более рационально применять минеральные (сокращение доз Р205 и локальное внесение К20 для выравнивания содержания подвижного калия).

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Шишов С,А. Агроэкологаческие особенности аллювиальных темногумусовых почв Окской поймы // Сборник студенческих научных работ. Вып. 10. - М.: Изд-во МСХА, 2004. - С. 234-239.

2. Шишов С.А. Распределение тонкодисперсных фракций в аллювиальных теми о гумусовых почвах, варьирование их содержания по профилю и на местности // Труды 3-й научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» - Владимир: ,2005.-С. 164-167.

3. Чижикова Н,П., Уткаева В.Ф., Левиков Д.А., Шишов С.А. Формирование глинистого вещества почв поймы Оки и его функции в агротехногенезе И Науч. тр. Современные естественные и антропогенные процессы в почвах и геосистемах. - М: Почв, ии-т им. В.В. Докучаева, 2006. - С. 225-247.

4. Шишов С.А. Аллювиальные те многу мусовые почвы Окской ной мы в районе села Дединово, их агроэкологические свойства и динамика почвенных процессов // Проблемы почвоведения: Науч. тр. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева РАСХН, - М.: Почв, ин-т км. В.В. Докучаева, 2006. - С. 174-198.

5. Шишов С.А. Динамика некоторых агрохимических свойств аллювиальных почв среднего течения р. Оки // ж. Земледелие, № 6. - М.: 2006. - С. 7-9.

lkbkov-e@yMdcX.ni

Подписано в печать 30.01.2007 Формат 60x88 1/16. Объем 1.75 пл. Тираж 150 экз. Заказ № 599 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. А-102