Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности образования и свойств гумуса при глубокой обработке типичного серозема и обороте пласта люцерны

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности образования и свойств гумуса при глубокой обработке типичного серозема и обороте пласта люцерны"

АКАДЕМИЯ НАУК УЗБЕКСКОЙ ССР

ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ

На правах рукописи СУЛЕЙМАНОВА Зульфия Махмудовна

ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВ ГУМУСА ПРИ ГЛУБОКОЙ ОБРАБОТКЕ ТИПИЧНОГО СЕРОЗЕМА И ОБОРОТЕ ПЛАСТА ЛЮЦЕРНЫ

Специальность 03.00.27 — Почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Ташкент—1991

Работа выполнена в НПО «Бнолог» АН УзССР.

Научный руководитель: академик АН УзССР, доктор

сельскохозяйственных наук Мухамеджанов М. В.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных

наук, старший научный сотрудник Акрамов Ю. А.

Ведущая организация: кафедра химии почв факультета

на заседании специализированного совета Д 015.20.01 при Институте почвоведения и агрохимии АН УзССР. Адрес: 700179^ Ташкент, улица Камарнисо, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии АН УзССР.

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Муминова Д. Г.

Почвоведения Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Защита состоится

«СЬИМА^л^ 1991

г. в

чае.

Автореферат разослан

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических нау

М. М. Ташкузиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Гидротермические условия и высокая био-генность почв Средней Азии способствуют быстрой минерализации гут.!уса и разложению органических остатков. Здесь происходит деградация почвенного плодородия, вызванная бессменными'посевами хлопчатника, обработкой почвы на одну и ту же глубину, многократным проходом тяжелых тракторов и сельскохозяйственных орудий, высокими дозами минеральных удобрений и ядохимикатов.'Это определяет необходимость дифференцированного подхода к разработке приемов и методов сохранения и повышения плодородия почв.

Высокий уровень'агротехники и агрохимии, правильные севообороты оптимизируют условия гумусообразования в сероземах, а следовательно, увеличивают количество гумуса, улучшают его состав, повышают биологическую активность почвы.

Цель и задачи исследования. Цель работы - выявление количественных и качественных изменений органического вещества типичного серозема, при использовании различных агротехнических приемов, стимулирующих плодородие, их последействия на накопление и скорость разложения гумуса.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) оценка возможности восстановления плодородия сероземов;

2)•выявление качественных изменений гумуса при глубокой ' обработке почвы;

3) исследование спектров поглощения гумусовых веществ в. видимой и УФ областях спектра;

4) доказательство возможности создания.обогащенного органическим веществом глубокого слоя почвы по ферментативной активности и наличию свободных аминокислот.

Научная новизна. 3 работе представлены результаты биохимических, исследований качественного состава гуму.са при. системе земледелия,, включающей глубокое .(50 - 60 скт) рыхление с послойным внесением органо-минеральных удобрений в пахотный и подпахотный слои под совместные посевы, люцерны с кукурузой, . других кормовых культур, летнюю распашку 2,5-летней люцерны с полным оборотом ее пласта на 60 см и посев кукурузы.

При этой впервые: , . .

- изучены закономерности изменения качественного состава гумуса по поведению гуминовых и фульвокислот в зависимости от агротехники; > .-

-. - установлено положительное влияние глубокого (60 с:.:) внесений органических удобрений на процессы гумификации в типичном сероземе;

- исследованы оптические свойства гумусовых веществ в ближней УФ области спектра,-обнаружено различие в характере поглощения в почвах под люцерной и хлопчатником в ближней УФ области;

- - обнаружено повышение активности ферментов уреазы и инвер-тазы при исследуемой системе, земледелия.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всесоюзной научной"конференции "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия",'посвященной 70-летию образования Института почвоведения и агрохимии АН УзССР (1589 г.); расширенном заседании .отдела агроэкологии культурных растений НПО "Биолог" АН.УзССР (1890 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 работ.

Объем'работы. Диссертация-состоит из введения, 3 глав, общих выводов, предложении, списка использованной литературы.

Работа изложена на 109 с. машинописного текста, включает 21 таблицу, иллюстрирована 10 рисунками. Список литературы состоит из 142 наименований отечественных и зарубежных авторов.

. ОСНОВНОЕ С0ДЕР1АКЖ РАБОТЫ

I. Органическое вещество типичного серозема

В первой главе дан обзор литературы, отражающей'современные представления об органическом веществе почвы, накоплении гумуса за счет органических и минеральных удобрений, корневых и пожнивных остатков, о влиянии способа внесения удобрений и глубины обработки на органическое вещество.

Содержание и состав органического вещества типичного серозема, его изменения под влиянием удобрений и орошения изучали .".¡¿.Кононова, С.Н.Рыжов, И.А.Зиямухамедов, М.У.Ташкузиев, Д.Г.

йахмудопа, З.Кздырхолжзев и др. Они установили, что эта почвы Зедны гумусом. Здесь фульвокислота преобладают над гуминовдаи " кислотами (отношение гуминовнх кислот к фульвокислотам меньше единицы). Под влиянием орошения, удобрении, а также севооборотов в составе гумуса повышается содержание агрономически ценных групп гуминовых кислот.

Влияние агротехники, а именно рыхления, глубокого запахива-иия пласта люцерны на органическое вещество типичного серозема описано в работах М.В.Мухамеджанова, А.М.Лыкова, Ю.Акрамова. Эти авторы показали, что глубокое запахивание пласта люцерны з условиях Средней Азии обеспечивает более экономное использование запаханного органического вещества.

Изменения гумусного состояния почв" при различных приемах, обработки, в частности, при внедрении'новых систем, изучены-недостаточно. Продемонстрировано преимущество глубокой обработки-перед традиционной (Егоров, 1981; ТУраев и др., Г986). Мало уделено" составу гумуса при глубокой обработке типичного серозема. Нам не встретились исследования по ¡Тизико-химическим свойствам гумусовых кислот при глубоком (60 см) рыхлении, ПОСЛО'ЙЮМ (15, 30 и 60 см) внесении удобрений под посевы люцерны, глубоком обороте ее пласта после 2,5 лет стояния.

2. Типичный серозем как объект исследований

Во второй главе освещены природные условия территории распространения типичного серозема, дан анализ современных представлении об этих почвах.

Исследуемые почвы расположены в поясе сероземов Янгиюль-зкого района Ташкентской области, где научно-экспериментальная Заза ИНЗБР АН УзССР проводит многолетний стационарный опыт.

Наш опыт был заложен осенью 1985 г. в 4 вариантах, 3-крат-яой повторности. Цель опыта - сравнительное изучение общепринятой системы земледелия.с обработкой почвы на 30 см и новой системы с глубокой (60 см) обработкой, предложенной академиком 1.1.В. Мухакеднановым.

Варианты опыта:

1) вспашка на 30 см (монокультура хлопчатника);

2) вспашка на 30 см (в 19Ь6 г. весенний совместный посеп люцерны с кукурузой, в 1987 г. - чистая люцерна, в 1968 - лю-

дерна после 2 укосов распахивалась на 40 см с-последующим посевом кукурузы с соей);

3) чспашка на 30 см с рыхлением на 60 см, внесением орга-но-минеральных удобрений на глубину 15, 30 и 60 см. Высеваемые культуры те.же, что и в варианте 2, но в 1988 г. люцерна после 2 укосов летом распахивалась на 60 см;

4) плантажная вспашка на 60 см с внесением части фосфорных и калийных удобрений и 30 ,т/га навоза.под вспашку. Высеваемые культуры и распашка люцерны те же, что и в варианте 3, но в годы возделывания хлопчатника доза азотных удобрений снижалась вдвое. . .

Годовая норма .л/рк под совместный посев люцерны с кукурузой 150:120:80 кг/га, под хлопчатник - 200:140:80.

В 1986-1988 гг; во всех вариантах, кроме 1-го в качестве промежуточной культуры высевали рожь, которую убирали на зеленый, корм. -С 1989 г. созданный фон используется под хлопчатник.

Почвенные образцы брали с целью, во-первых, сравнить хлоп-ково-люцерновый севооборот с монокультурой хлопчатника; во-вторых, выявить влияние х'лубокого. рыхления (60 см) на гумусообра-зование в хлопково-люцерновом севообороте при послойном внесении органо-млнеральных удобрений; в-третьих, изучить влияние на накопление гумуса плантажной вспашки на 60 см к внесения 30 т/га органических удобрений в виде навоза.

Исследования сопровождались следующими определениями:

1) общая агрохимическая характеристика опытного участка;

2) поведение в почве углерода, азота и их соотношение;

3) качество гумуса, т.е. его фракционно-групповый состав;

4)" активность биохимических процессов в почве;

5) оптические свойства гумусовых веществ.

Для определений пользовались следующими методами:

I) Содержание гумуса - по'Тюрину в модификации Симакова;

'2) групповой и фракционный состав органического вещества -по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой (1975);

3) азот общий - по ыикрокьелъдалю;

4) валовой анализ почвы - по общепринятой методике (Ари-нушкина, 1970);

5) СО2 карбонатов - ацидометрическим методом (СоюзШХИ, 1965);

6) свободные аминокислоты - методом Гильберта и Альтмана в модивдкащга Казиева (1970);

7) ферментативная активность почв - по методу СоюзЖХИ (1973);

8) оптические свойства гушновых кислот - на спектрофотометре С0-14, СФ-20.

3. Влияние минеральных и органических удобрений на химические и <|изико-химические овойства • типичного'серозема в севообороте

Главные компоненты органического вещества в почве - углерод и азот, от содержания которых во многом зависит ее плодородие»

Обработка почвы, внесение минеральных и органических удобрений, возделывание люцерны и кукурузы, а такяе промеиуточных культур положительно влияют на'содержание органического углерода и валового азота (табл. I). Монокультура явно уступает далз варианту 2 о той ге обработкой почвы, с тема же дозами, удобрений, но с возделыванием люцерны и промежуточных культур. В вариантах 3 и 4 после глубокой обработки почвы (60 см) содержание органического углерода возрастает соответственно на 0,23 и 0,25

по сравнению о исходным. Валового азота в вариантах о глубокой обработкой, внесением удобрений, возделыванием сельсксосо-. зяйотвенных культур накапливается больше, чем в вариантах I и 2.

Отношение углерода к азоту колеблется по профилю от 5,5 до 7,1. Наиболее широкое отношение С: V характерно для верхних горизонтов вариантов о глубокой обработкой почвы (3 и 4). С глубиной этот показатель сужается. Более узкое отношение С: V наблюдается в варианте 2 с обычной обработкой и выращиванием люцерны.

Влияние минеральных удобрений зависит о* опоооба внесения их в почву. В варианте 3 удобрения <5нли внесены послойно, на глубину 15, 30 и 60 см и проведено рыхление на глубину 60 см. Вое эти мероприятия проведены перед севом лэцерны. Рыхление обеспечивает хорошую структуру почвы, что способствует лучшему росту и развитию корневой массы люцерны. Послойное внесение минеральных удобрений создает гетерогенный горизонт. Обогащенные удобрениями прослойки размещаются в верхней и нижней частях его.

8 Таблица I Влияние обработки, внесения -удобрений и возделывания сельскохозяйственных культур на содержание органического углерода и общзго азота в типичном сероземе, % к абсолютно сухой почве

Слой почвы,

см

Углерод

Исх. (1985 г.) : Иереи распашкой • Разница к-исх. : • (1988 г.)

I i : 2 -^- 3 -j- 4

Вариант I

0-30 0,52 0,56. 0,04

30-60 0,43 0,45 Вариант 2 0,02

0-30- 0,55 0,65 0,10

30-60 0,43 0,52 Вариант 3 0,09

£>-30 0,55 0,78 0,23

30-60 0,43 0,65 В. ариант 4 0,22

0-30 0,55 0,80 0,25

30-60 0,44 0,69 0,25

Продолж.табл. I

Слой \ Валовой аз о т

почвы, см ; Иох.(1985 г. :) Перед распаш-: Разница к- : • кой (1§88 г.); исх. : С: Ж

I i 5 - : 6 : 7 8

Вариант I

0-30 0,062 0,080 0,018 7,0

30-60 0,051 0,068 Вариант 2 0,017 6,6

0-30 0,071 0,116 0,045 5,6

30-60 0,055 0,093 Вариант 3 0,038 5,6

0-30 0,065 0,114 0,049 6,8

30-60 ' 0,054 0,102 Вариант 4 0,048 6,3

0-30 30-60 0,063 0,054 0,112 О) 120 0,049 0|066. Ь

Для оценки обеспеченности почвы гумусом и азотом а выявления темпов гумусонакопления показателей углерода и азота недостаточно; Более полную характеристику дает учет запасов.гумуса и азота (табл. 2).

В варианте с обычной системой возделывания люцерны за 3 года ее стояния запас гумуса в пахотном слое увеличился на 5,38 т/га, в подпахотном - на 16,93. В варианте с глубокой обработкой почвы и внесением 30 т/га навоза на глубину 60 см под люцерной в пахотном слое накопилось 23,7 т/га гумуса, в подпахотном -46,45. Внесение навоза в подпахотный слой благоприятствовало накоплению гумуса.

Данные о влиянии глубокой обработки почвы, послойного внесения органо-минеральных удобрений по фону трехлетней люцерны на суммарный выход продукции за 3 года выраидавания люцерны и промежуточных культур и на процессы расходования - накопления органического ващества в пахотном слое свидетельствуют о том, что изучаемая система земледелия для воспроизводства и увеличения запасов гумуса более эффективна, чем для урожая культур (рис. I).

3.1. Изменения качественного состава гумуса

Для понимания процесса почвообразования большое значение имеет научение фракционно-группового состава гумуса, что позволяет получить количественную характеристику отдельных фракций гуминовых и фульвокислот по прочности их связи с минеральной частью почвы.

О качественном составе гумуса можно судить прежде всего по соотношению трех основных групп его: гуминовых кислот, фульвокислот и негидролизуемого остатка - гумина.

Содержание и соотношение гуминовых и фульвокислот, их фракционный состав отражают направленность процесса почвообразования, а также степень окультуренности почвы.

В результате применения минеральных и органических удобрений, 2,5-летнего пласта люцерны и выращивания промежуточных культур накапливается органический углерод и изменяется фракционный состав гумуса (табл. 3).

Фракция I гуминовых кислот, выделяемая при непосредственной обработке почвы 0,1 н ЖОН (по Тюрлну), представлена

Таблица 2

Запасы гумуса в почве до распашки пласта люцерны, т/га 1988 г.

Вари- ' Слой почвы, си ант f 1 Гу«уЬ • ! • 2 Азот

I . 0-30 0,968 0,080

42,09 3,55

30-60 0,779 0,068

70,57 6,52

2 О^гЗО' 1Д20 0,П6

46,70 5,25

30-60 0,896 0,093

79,56 8,03

3 0-30 •1,344 0,114

60,48 5,94

Э0-60 1,155 0,102

96,32 9,42

4 0-30. 1,440 0,112

64,80 5,04

30-60 1,293 0,120

•108,61 10,08

Приме чание. Верхняя строка - нижняя - т/га

бурыми гуминовыми кислотами. Предположительно они находятся в свободном состоянии и связаны о-подвижными формами полуторных окислов.-Самое высокое содержание этой фракции отмечено при глубокой обработке почвы и внесении органических удобрений (вариант 3 и 4).

Гуминовые кислоты исследуемых почв представлены в основном фракцией П, выделенной Oil н j/o.0H после декальвднирования (предположительно связанной с Са).

Высоким содержанием фракции Ш гуминовых кислот, связанных с глинистыми минералами, характеризуются все варианты.

Наибольшая сумма фракций гуминовых кислот отмечена в варианте 4 (в пахотном слое 27,43$, в поддахатном - 26,96).

фгльвокислоты представлены в основном фракциями П и Ш, меньше их - во фракциях I и 1а.

м

но Я

О, О

| 65 -

Рис. I. Суммарный с^ор продукции за 3 года, тыс. корм. ед. на гектар и запасы гумуса в слое 0-30 см в течении 3-х лет опыта

(^)-'о5юая продуктивность (запасы гумуса) □ - прираиение запасов гумуса (прибавка урожая)

Таблица 3 Групповой и фракционный состав гумуса типичного серозема, % к общему углероду. 1988 г.

Слой почвы, см п <* : Гуминовые кислоты Сумма

" " | I П. I Ш

I 2 : 3 4:5' 6

Вар и а н т I

0-30 0,56 3,6 9,0 12,7 25,35

30-60 0,45 2,2 9,0 11,3 22,72

Вар и а н т 2

0-30 0,65 3,1 12,3 П,7 27,07

30-60 0,52 1,9 11,5 II,I 24,52

Вар и а н т 3

0-30 0,78 3,8 12,8 10,7 27,23

30-60 0,65 2,9 10,8 9,8 23,25

Вар и а н т 4 '

0-30 0,80 3,6 13,1 10,7 27,43

30-60 0,69 2,6 12,3 12,0 26,96

Продолж.табл. 3

Слой ; Фу львоки слоты 1 Сумма : Негицроли-зуемыи остаток | Отноше-: ние : Сгк' С<?*

почвы, : см : 1а : I : п • Ш •

I :' 7 : 8 : 9 10 : II : 12 : 13

В а р и а н т I

0-30 1.6 5,9 18,1 16,3 41,96 32,7 0,6

30-60 1,5 4,5 18,1 18,18 42,44 34,9 0,5

В а р и а н т 2

0-30 1,5 3,0- 15,3 12,3 32,28 40,8 0,8

30-60 1,9 3,8 15,3 9,4 30,56 4Ь ,0 0,7

В а р и а н т 3

0-30 2,3 3,4 13,9 12,8 32,40 40,6 0,8

30-60 1,2 3,6 14,8 П,7 31,30 45,6 0,7

В а р и в н т 4

0-30 1,0 4,0 15,4 13,1 33,58 . 39,0 0,8 •

30-60 1,2 4,9 13,3 10,7 30,60 42,5 0,8

Пласт 2,5-летней люцерны, выращивание промежуточных нуль тур снижают содержание фульвокислот. В варианте.4 в пахотном слое их содержится 33,58^, в подпахотном - 30,60.

Самое низкое содержание гуминовых кислот, наблюдается при монокультуре хлопчатника (25,35$).

Большое значение в повышении почвенного плодородия имеет накопление наиболее агрономически ценной группы органического вещества - гуминовых кислот. Повышение содержания гуминовых кислот в вариантах с глубоким рыхлением, послойным внесением орга-но-минеральных удобрений на фоне люцерны свидетельствует о том, что эти агротехнические мероприятия способствуют образованию гумуса. Еще И.В.Тюрин (1949) писал о том, что условия, необходимые для увеличения количества гуминовых кислот, благоприятны и для накопления общего гумуса.

Наши исследования показали, что различия в распределении по фракциям гуминовых кислот влияют и на групповой состав органического вещества. Широков отношение Сгк: Срк отмечено в вариантах с новой технологией обработки почвы и внесением органических: удобрений на глубину 60 см - 0,7-0,8 (гуматно-фуль-ватный тип гумуса). При монокультуре хлопчатника СГК: Св>к равно 0,6-0,5 (фульватный тип гумуса).

Высокое содержание негидролизуемого остатка обнаружено во всех вариантах, где выращивалась люцерна. Применение одних минеральных удобрений повысило содержание гидролизуемых веществ (вариант I).

Таким образом, глубокая обработка почвы, пласт люцерны, выращивание промежуточных культур, внесение органо-минеральных удобрений обусловливают изменения не только в валовом содержании органического вещества типичного серозема, но и в его групповом и фракционном составе.

Внесение навоза на глубину 60 см более существенно повышает абсолютное и относительное содержание гуминовых кислот как в пахотном, так и в подпахотном слоях. Глубокая заделка навоза положительно влияет на гумусное состояние типичного серозема, В составе гумуса увеличивается суша гуминовых кислот, что способствует формированию фульватно-гуматного типа гумуса в подпахотном слое.

Включение в севооборот многолетних трав улучшает состав

гумуса и способствует его стабилизации. Это, видимо, происходит не только за счет увеличения доли гуминовых кислот, образующихся при разложении пожнивных и корневых остатков трав, но и за счет снижения минерализации самих гуминовых кислот.

3.2. Состояние гумусового профиля почвы после распашки пласта люцерны

Летом 1988 г. люцерну 2,5 лет стояния после двух укосов распахали на глубину 60 см с полным оборотом пласта по системе земледелия, предложенной академиком М.В.Мухамеджановым. Вслед высевали кукурузу.

Корневые и пожнивные остатки растений являются источником органического углевода в почве. Глубокая распашка 2,5-летней люцерны с оборотом пласта на 60 см создает хорошие условия для аэрации, улучшает водно-физическое состояние почвы, что усиливает микробиологические процессы, создает условия для мобилизации'органического вещества. Формируется стабильный гумус, так как под влиянием глубокой запашки он расходуется более умеренно (табл.4).

В образцах почвы, взятых после распашки пласта люцерны, перед посевом хлопчатника не обнаружена фракция I гуминовых кислот. Возможно, эта фракция, как более лабильная, доступная для микроорганизмов и растений: подвергалась минерализации.

Ц.М.Кононова (1967) писала, что лабильные гумусовые вещества, извлекаемые водными и солевыми ("мягкими") экстрагентами, определяют эффективное плодородие, имеют важное функциональное значение в почвообразовании, но они наиболее динамичны во времени и сравнительно легко минерализуются из-за невысокой биохимической устойчивости в почвенной среде.

В варианте 2, где люцерну выращивали по обычной системе и обрабатывали на глубину 30 см, наблюдалось влияние севооборотной кулиуры на сохранение гумусовых веществ. Суммарное содержание гуминовых кислот после запашки пласта 2,5-летней лгац^рни почти 'не изменилось. Содержание фульвокислог несколько повысилось (в пахотном слое до 33,90^, в подпахотном - до 31,61). Отношение Сгк' сохранилось: в пахотном слое 0,6, в подпахотном -0,7. Увеличилось количество, гидоолизуемых веществ: в пахотном слое до 60,70^, в подпахотном - до 54,68. Соотношение

Таблица 4 Групповой и фракционный состав гумуса тапичного серозема после распашки пласта 2,5-летней люцерны, # к обцему углероду. 1989 г.

Слой почвы, см

С, % у

Гуминовые кислоты

П

Ш

Сумма

Вариант I 0-30 0,57 3,6 9,0

30-60 0,46 2,2 8,7

Вариант 2 0-30 0,59 - 16,3

50-60* 0,52 - 15,3

Вариант 3 0-30 0,68 - 14,6

30-60 0,69 - 15,4

Вариант 4 0-30 0,72 - 16,9

30-60 0,71 - 18,4

12,6 И.4

10,5 7,6

11,8 9,6

10,6 9,2

25,12 22,30

26,81 23,07

26,40 25,86

27,51 27,60

Продолж.табл. 4

почвы, : см ; 1а '.У/иэоиг : I : П : 111 Сумма: • * » лизуемый; остаток ;

Вари а н т I

0-30 1,7 5,8 18,2 16,3 42,05 34,55 0,6

30-60 0,8 4,7 18,3 18,3 42,10 36,4 0,5

Вари а н т 2

о-зо 2,0 5,0 16,4 10,5 • 33,90 39,3 0,8

30-60 1,9 4,8 18,2 7,6 31,61 45,3 0,7

Вари а н т 3

0-30 2,9 5,9 14,7 7,4 31,45 42,1 0,8

30-60 3,3 5,1 14,7 6,1 29,27 43,8 0,8

Вари а н т 4 -

0-30 1.5 4,5 17,1 5,9 29,17 43,3 0,9

30-60 2,0 4,7 . 17,8 8,0 32,53 39,8 0,6

С гидролизуемых веществ расширилось до 1,5 в пахотном слое С негидролизуемых веществ и до 1,2 - в подпахотном.

В варианте 3 с глубоким (60 см) рыхлением и послойным внесением органо-минеральных удобрений под севооборотную культуру содержание и состав гумуса изменились. Сумма гуминовых кислот здесь была меньше, чем под одной люцерной. Видимо, рыхление на 60 см при положительном влиянии на общее накопление органического вещества почвы неблагоприятно влияет на состав гумуса (Александрова, 1975). Это свидетельствует о менее прочном закреплении гумусовых веществ в процессе почвообразования, вследствие чего они легче подвергаются минерализации при распашке.

Суммарное содержание фульвокислот фактически не изменилось. Количество негиролизуемых веществ увеличилось ^ 1,3).

Отношение Сгк : С<р* в подпахотном.слое стало равным 0,8. Следовательно, оборот пласта люцерны на 60 см направляет процессы почвообразования в сторону накопления органического вещества в подпахотном слое.

В варианте 4, где применялась новая технология возделывания люцерны с внесением 30 т/га навоза и глубиной (на 60 см) распашкой ее, в образцах 1989 г. (весна) наблюдалось повышение как абсолютного, так и относительного содержания гуминовых кислот. В пахотном и подпахотном слоях оно оказалось одинаковым -27,51 и 27,60^. Гуминовые кислоты были представлены фракциями П и Ш: 216,9 и 10,6% в пахотном слое, 18,45 и 9,2 - подпахотном. Фульвокислоты также состояли в основном из П и Ш фракций. Суммарное содержание фульвокислот в пахотном слое после распашки люцерны снизилось до 32,53^. Отношение Сгк '• £<?к расширилось до 0,9 в пахотном слое до 0,8 - в подпахотном. Соотношение ^ , стало равным 1,3 в пахотном слое и 1,5 - в подпахотном.

Глубокая обработка почвы, внесение органических удобрений под севооборотные культуры, последующая глубокая запашка пласта люцерны не только усиливают процессы минерализации органического вещества почвы, но и обеспечивают условия для образования более стабильного гумуса.

Потери гумуса связаны с особенностями органического вещества, представленного нестойкими гумусовыми веществами, а ве-

ществами неспецифической природы разной степени разложения и минерализации.

В варианте 2 с обычной обработкой почвы в первый год возделывания хлопчатника наблюдалась тенденция к накоплению органического вещества, о чем свидетельствовало некоторое увеличение количества углерода гуминовых кислот и уменьшение углерода фуль-вокислот. Повысилось содержание негидролизуемого вещества (табл. 5).

В варианте 3 при увеличении общего количества углерода несколько уменьшилось количество углерода гуминовых кислот. Немного увеличилась доля негидролизуемых веществ, соотношение *п' сузилось до 1,2. С н.в.

(Зтличался по этим показателям вариант 4. Здесь суммарное содержание углерода гуминовых кислот повысилось и составило в пахотном слое 28,51%, в подпахотном - 28,60. Отношение Сгк : Ссрк в подпахотном слое равнялось 0,9. Это несколько увеличило доли гидролизуемых веществ: 58,21% в пахотном слое, 59,60 - в подпахотном.

Таким образом, фон с удвоенным плодородным слоем способствует рациональному расходованию его органической части под хлопчатником.

3.3. Спектральная характеристика гуминовых кислот

При исследовании спектра поглощения гуминовых кислот в ближней УФ области спектра 180-340 нм выявлено характерное поглощение с максимумом в области 300 нм, что ранее не было известно.

Оптические спектры в видимой области (400-750нм) выглядят как пологие кривые с постепенным уменьшением оптической плотности по мере увеличения длины волны. Эти пологие кривые, полученные нами и описанные в литературе (Орлов, 1985 г.), представляют собой не что иное", как вытянутый хвост полосы, которую мы наблюдали с максимумом в области 300 нм (рис.2,а).

При изучении оптических спектров поглощения гуминовых кислот в ближайшей УФ области для образцов почв под хлопчатником наблюдалась другая картина пиков поглощения (рис.2,6).

Оптическое поглощение в ближней УФ области обусловлено электронной структурой и связями внутри молекул. Поэтому можно

Таблица 5

Групповой и фракционный состав гумуса под хлопчатником.

1989 г.

Слой почвы,

см

С, %

Гуминовые кислоты

П

Сумма

Вариант I

0-30 0,58 - 15,9 11,9 27,01

30-60 0,52 - 15,3 7,7 23,07

В а р и а н т 2

0-30 0,66 13,4 12,0 25,45

30-60 0,60 - • 12,7 12,0 24,86

В а р и а н т 3 •

0-30 0,71 0,42 15,6. 12,4 28,51

30-60 0,70 0,33 15,2 13,0 28,60

Продолж.табл. 5

Слой почвы, см I ^львокиолоты Сумма : Негидро-.' лизуемый ; остаток • Сгк'Ср

! 1а : I : п • • •

I : 7 : 8 : 9 : 10 : II : 12 : 13

Вари а н т I

0-30 5,0 6,7 15,2 6,7 33,89 40,1 0,8

30-60 3,8 5,7 10,6 5,7 26,0 51,0 0,8

Варна н т 2

о-зо 4,5 6,4 13,5 30,45 44,30 0,8

30-60 3,4 6,9 12,0 6,9 29,27 45,67 0,8

Варна Н т 3

0-30 4,2 5,5 13,8 5,5 29,70 41,79 0,9

30-60 4,3 9,7 12,0 4,8 31,0 40,4 0,9

Ш

2

5

6

Рис. 2. Оптические спектры погдоирния гумусовых веществ (под люцерной) (а); (под хлопчатником) (б)

считать, что изменения картины поглощения в ближней УФ области для почв под хлопчатником связаны со структурными изменениями в гумусовых веществах.

3.4. Биохимическая активность типичного серозема

Дополнительной характеристикой эффективного плодородия почв являются показатели биохимической активности их - содержание свободных аминокислот и ферментативная активность.

В опытных вариантах под люцерной выявлен большой набор свободных аминокислот. Качественный состав их довольно разнообразен (рис. 3). Это в основном фенилаланин + лейцин, валин + метао-нин; аргинин + гиЬтидин + аспарагиновая кислота; меньше приходится на лизин, серин + гливдн. По общему содержанию свободных аминокислот доминирует вариант 4: в пахотном горизонте их содержится 6,126 мг/ЮО г, в подпахотном - 9,908.

В подпахотном слое варианта 4 по сравнению с вариантом 2 наблюдается увеличение количества фенилаланина примерно в 2 раза. В структуре фенилаланина есть ароматическое кольцо, участвующее в строении молекул гуминовых кислот-;

Под хлопчатником обнаружены свободные аминокислоты тирозин и вдстеин. Тирозин относится к ароматическим аминокислотам. Наличие этой аминокислоты весьма ценно для синтеза органических соединений. Обir.ee количество свободных аминокислот под хлопчатником уменьшается. Это, видимо, связано с использованием их растениями, однако появление дополнительных аминокислот улучшает их качественный состав.

Ферментам уреазе и инвертазе принадлежит главная роль в катализации такого важного почвенно-биохимического процесса, как трансформация органического вещества. Активность этих ферментов под люцерной была выше в варианте 4, где проводилась глубокая обработка почвы и вносились органо-минеральные удобрения.

Под хлопчатником после запашки пласта 2,5-летней люцерны повысилась активность ферментов, особенно инвертазы. Повышение активности этого. г£ермента связано, по-видимому, с увеличением количества углеводов за счет запашки растительных остатков.

I 2 3-4-5 6-7 8-9 10 II 12-13 14-15

Рис.3. Содержание свободных а^нокислот (мг/100 г почвы под люцерной (а), под хлопчатником (б). О - вариант 2, Щ -вариант 4. I -'цистеин, 2- лизин, 3-4-5 - аргинин + гис-тидин + аспарагиновая кислота, 6-7 - серин + глицин, 8-9 - глутаминовая кислота + треонин, 10 - аланин, II -тирозин, 12-13 - эалин + метионин, 14-15 - фенилаланин + лейцин.

Тем не менее, активносп. инвертазы и уреазы в варианте 4 была выше, чем в варианте 2, где доводилась обработка почвы на глубину 30 сы.

Высокая ферментативная активность указывает на высокий плодородный фон, содержащий достаточные запасы органического вещества и элементов минерального питания, необходимых для роста и развития растений.

ВЫВОДЫ

1. Установлена положительная зависимость содержания, фрак-ционно-группового состава гумуса, биологического азота, биологической активности почвы от уровня плодородия и мощности пахотного слоя.

2. Возделывание люцерны по глубокому (60 см) рыхлению в сочетании с обычной вспашкой на 30 см и внесением органо-мине-ральных удобрений в пахотный (0-30 ом) и подпахотный (30-60 см) слои усиливает накопление гумуса по всему обрабатываемому простилю почвы и улучшает его качество - расширяет отношение Опе'

С<р1е. , повышает содержание в составе гумуса групп гуминовых и фульвокислот фракций П и Ш, что обеспечивает большую стабильность накопленного органического вещества. Наибольшего значения доотигают эти показатели в мощном пахотном слое при внесении под совмеотные посевы люцерны и кукурузы 30 т/га навоза.

3. Глубокая (до 60 см) летняя распашка люцерны с полным оборотом пласта и посевом вслед кукурузы с соей оказывает положительное влияние на формирование и качество гумуоа. К началу сева хлопчатника перемещенные пахотный и подпахотный слои по этим показателям с заметным преимуществом перед фоном распашки люцерны на обычную глубину.

4. Глубокое рыхление о послойным внесением удобрений под посев люцерны и глубокая запашка, её обеспечивают интенсивное накопление азота и эффективное использование его хлопчатником.

5. Под влиянием нового комплекоа агроприемов в почве как под люцерной, так и под хлопчатником отмечается высокая интенсивность инвертазной и уреазной активности. Ферментативная активность коррелирует с характером накопления и расходования гумуса и биологического азота.

6. Мощный пахотный слой и возделываемые культуры способствуют количественным и качественным изменениям свободных аминокислот в почве. Суммарное содержание их выше под люцерной с преобладанием аминокислот, активно участвующих в синтезе гумуса (аланин, глутамшовая кислота, валин + метионин). В почве под хлопчатником при уменьшении общего количества аминокислот повышается содержание тирозина и фенилаланина, имеющих важное значение в построении молекул гуминовых кислот и поддержании гумусового фона.

7. Исследования оптических свойств гумусовых веществ почв показали,- что их состаз и структура зависят от возделвываемьгх культур.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

I. Дня накопления органического вещества, улучшения физико-химических свойств типичного серозема необходим глубокое рыхление и послойное внесение органо-уинеральных удобрений под посевы люцерны и кукурузы. При внесении 25-30 т/га перепревшего навоза после 2,5-летнего стояния лгацеркн следует проводить запашку.на 60 см с одновременным посевом кукурузы на зеленый корм. Это позволит рационально использовать посезные площади и дополнительно получить зеленую массу. Созданный таким образом фон обеспечивает прибавку урожая хлопка-сырца в 7-8 ц/га.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах.

1. Рациональное использование и восстановление ресурсов биосферы в Узбекистане //Тезисы докладов Международной научно-■технической конференции молодых экологов "Человек в биосфере". М., 1988 (соавт. Мухамеджанов М.В., Шарафутдинова Ф.Х.).

2. Некоторые особенности гумусообразования староорошаемых почв хлопковой зоны //Тезисы докладов УШ Всесоюзного съезда почвоведов. Новосибирск, 1989 (соавт. Мухамеджанов М.В.) 1У кн. С.186.

3. 0 разложении гумусовых веществ почвенными микроцетами

в условиях севооборота //Тезисы докладов Всесоюзной конференции по споровым растениям. Ташкент, 1989 (соавт. Султанова С.Т., Хохлачева В.Е.) С.17.

2 Ч

4. Влияние глубины внесения навоза на состав органического вещества почвы //Тезисы докладов I делегатского съезда почвоведов Узбекистана. Ташкент, 159С. С. 153.

5. Качественный состав гумуса при новой системе земледелия //Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Проблемы» повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия, посвященной 70-летию образования Института почвоведения и агрохимии АН УзССР'.'. Ташкент, 1990. - С. 315

6. Микробиологическое разложение гумуса в условиях орошаемых сероземов //Узбекский биологический журнал. 1991, $ 2. С. 16.. (соавт. Султанова С.Т., Хохлачева В.Е.).