Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Процессы постагрогенной трансформации минеральной части дерново-подзолистых почв

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Процессы постагрогенной трансформации минеральной части дерново-подзолистых почв"

ПРОЦЕССЫ ПОСТАГРОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ (НА ПРИМЕРЕ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА, АЛЮМИНИЯ И МАРГАНЦА)

Специальность 03 00 27 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ООЗ161164

Санкт-Петербург - Пушкин 2007

003161164

Работа выполнена на кафедре почвоведения Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных

наук, доцент

Чернов Дмитрий Викторович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных

наук

Осипов Анатолий Иванович

Ведущая организация. Почвенный музей им В В. Докучаева

Защита состоится У ноября 2007 года в часов инут на заседании диссертационного совета Д 220 060 03 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу

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

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

Автореферат разослан « / » октября 2007 года Автореферат размещен на сайте «1» октября 2007 года http //www.spbgau spb.ru/news.shtml

доктор сельскохозяйственных наук Попов Александр Иванович

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных нау профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время все большее количество сельскохозяйственных угодий выводится из использования (Агропромышленный комплекс России, 2001) По данным Госкомстата РФ площади залежных земель уже к концу 2002 года составляли около 20 млн га и продолжают увеличиваться (Anderson J. Р , and ets 2000)

На заброшенных сельскохозяйственных землях начинаются естественные процессы восстановления растительности Постепенно луговая растительность сменяется вторичным лесом В результате этого происходит трансформация строения профиля и морфологии почв, начинают превалировать естественные процессы почвообразования

В таежно-лесной зоне данный процесс проявляется наиболее интенсивно, учитывая критический характер земледелия Ранняя индикация и диагностика многочисленных процессов в почве, включая самовосстановление, можно осуществлять по кислотно-основным свойствам, гумусовому состоянию, а также различным формам железа, алюминия и марганца

Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований явилось установление скорости и направленности процессов почвообразования и изучения распределения форм соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых суглинистых почвах при прекращении антропогенного воздействия в следующем временном ряду 5, 10, 15, 25, 35, 63 и 70 лет в различных почвенно-климатических условиях (средняя и южная подзоны таежно-лесной зоны) В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1 Проследить изменение характера растительности, строения профиля и морфологических признаков реградированных и постагрогенных почв в сравнении с целинными и пахотными аналогами

2 Определить характер изменения валового химического состава, гранулометрического состава и плотности сложения почв при отсутствии механической обработки

3 Изучить особенности гумусового состояния и кислотно-основных свойств дерново-подзолистых суглинистых почв при смене растительности с культурной на естественную (луговую и лесную).

4 Установить влияние различного уровня антропогенной нагрузки на содержание различных форм железа, алюминия и марганца и характер их распределения по профилю почв

5 Изучить характер изменения направленности процессов почвообразования при постагрогенной трансформации дерново-подзолистых суглинистых почв

Научная новизна работы Впервые проведен сравнительный анализ изменения физико-химических показателей дерново-подзолистых суглинистых реградированных и постагрогенных почв, а также их целинных и пахотных аналогов в условиях средней и южной подзоны таежно-лесной зоны Установлено изменение поведения различных форм железа, алюминия и марганца в почвах после прекращения антропогенного использования Идентифицированы элементарные почвообразовательные процессы, изменяющиеся при постагрогенной трансформации

Практическая значимость. Исследование реградированных земель позволяет рассмотреть изменения, происходящие в таких почвах во времени

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

Положения, выносимые на защиту.

1 Изменения показателей плодородия почв после прекращения антропогенного использования

2 Результаты исследований по изучению содержания форм и групп соединений железа и алюминия в реградированных и целинных почвах

3 Оценка содержания соединений марганца в реградированных и постагрогенных почвах

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлены и доложены на ежегодной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава СПБГАУ (Санкт-Петербург - Пушкин 2005), международной научно-практической конференции «Агроэкология и научно-технический прогресс» (Санкт-Петербург - Пушкин, 2005), Всероссийская научная конференция, посвященная 160-летию со дня рождения В В Докучаева (Санкт-Петербург, 2006), IX Всероссийская конференция «Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2006)

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 8 работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, основных выводов и приложений Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 3 рисунков Список использованной литературы включает 124 наименований, в том числе 24 источника зарубежной литературы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Содержание и формы соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых почвах

В обзоре литературы представлена роль железа, алюминия и марганца в почвах Показана характеристика групп и форм их соединений, рассмотрены основные оксиды и гидрооксиды этих элементов, их формирование и превращение

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1. Объекты исследований. Территория исследований расположена в пределах Ленинградской области, условно разделенной на среднюю (север Киришского района) и южную (Лужский район) подзоны таежно-лесной зоны Объекты - дерново-подзолистые суглинистые почвы постагрогенной трансформации

Для сравнительной характеристики были отобраны образцы из целинных и пахотных почв этих районов

Целинные почвы представлены смешанным лесом с участием в древостое ели, березы и осины Пахотные почвы в последние годы использовали в полевых севооборотах Залежные почвы, также различаются по типу растительности В первые годы реградации (10 -15 лет) преобладала разнотравно-злаковая со значительной долей бобового компонента, в последующем (25 - 35 лет) - естественные травы Через 60 - 70 лет происходило восстановление древесной растительности

2.2. Строение профиля и морфологические признаки почв.

При морфологическом исследовании выявлен процесс деградации

1 Разделение гумусовой толщи на два подгоризонта по плотности,

2 С возрастам реградации увеличиваются зоны элювиирования

2.3. Методы исследований. В полевых условиях произведено морфологическое описание профилей изучаемых почв В лабораторных условиях при определении основных физико-химических показателей использованы стандартные методики (Аринушкина ЕВ., 1970, Александрова ЛН, Найденова О А, 1986) Валовой химический состав почв определяли на атомно-адсорбционном спектрофотометре Содержание групп и форм соединений железа и алюминия определяли по методам Мера-Джексона, Тамма и Баскомба, обменный алюминий - по Соколовой Т А , подвижный марганец - персульфатным методом, активный марганец по Шахтшабелю

Аналитическая повторность 3-х кратная

Глава 3. Изменение физических и физико-химических свойств дерново-подзолистых почв при постагрогенной трансформации

3.1. Плотность сложения и гранулометрический состав. По

гранулометрическому составу изучаемые почвы легкосуглинистые с элювиально-иллювиальным распределением ила по профилю, но имеются различия общей дифференциации профиля по илистой фракции У целинных почв она достигает максимального значения (Э = 5,68 средняя подзона, Б = 3,30 южная подзона) Пахотные почвы менее дифференцированы по содержанию ила (Б = 2,8 и 1,31) При прекращении антропогенного воздействия происходит постепенное возрастание коэффициента общей дифференциации (8=4,41 и 2,94), что связано с восстановлением зональных процессов почвообразования В реградированных почвах верхняя часть бывшего пахотного слоя (2-15 см) постепенно разуплотняется (с 1,23 г/см3 в пахотном слое до 0,91 - 1,0 г/см3), тогда как в нижней его части происходит нарастание плотности сложения до 1,61 г/см3

3.2. Валовой химический состав. Данные валового анализа показывают типичную для дерново-подзолистых суглинистых почв картину перераспределения алюмосиликатной части профиля вынос из верхних горизонтов А12Оз и РегОз и накопление их в нижележащих иллювиальных горизонтах Наибольшее накопление оксидов железа и алюминия приходятся на горизонт ВТ В верхних горизонтах за счет биологической аккумуляции накапливаются соединения фосфора и кальция

Валовое содержание химических элементов в профиле реградированных почв отличается от освоенных увеличением элювиальной толщи В почвах наблюдается интенсивный вынос железа, алюминия и марганца из пахотного и старопахного горизонтов Распределение типоморфных элементов в профиле почв приобретает элювиальный характер В профиле почв 63 и 70 лет реградации вынос элементов ослабевает, а распределение их по профилю почвы приобретает элювиально-иллювиальный характер

3.3. Показатели гумусового состояния почв. В наших исследованиях целинные дерново-слабоподзолистые почвы характеризуется низким содержанием гумуса в серогумусовом горизонте, тип гумусового профиля - аккумулятивный неполноразвитый Потенциальная способность к гумусообразованию в средней подзоне высокая (4,2%), в южной подзоне средняя (0,9%), запасы гумуса в слое 0 - 25 см 28,7 - 31,3 т/га и в слое 0 - 50 см 39,7 -56,4 т/га (рис 1, 2) При сельскохозяйственном использовании содержание и запасы гумуса агродерново-подзолистых почв подвергаются значительным изменениям, так как нарушается естественный ход гумусообразования, изменяется количество поступающих растительных остатков и интенсивность биохимических

процессов. Вовлечение почвы в культуру приводит к увеличению содержания гумуса и его запасов. Потенциальная способность к гумусообразованию несколько уменьшается.

1ЯП-6

□ слой 0-25 Вслой 0-50

200 180 160 140 120 100 ВО 60 40 20 -ро

лес пашня 5 лет 10 лет 30 лет 63 года

Рис. I. Запасы гу муса в дерново-подзолистых почвах в слое 0 - 25 и 0-50 см, т/га (Кирншский рамой)

При прекращении антропогенного использования содержание и запасы гумуса в почвах, уменьшаются. В почвах южной подзоны в нижней частя серо гумусового горизонта происходит дегумификация, в почвах средней подзоны данный факт не отмечен вследствие различия i идротермических условий.

100,70-□ слой 0-25 ■ слой 0-50

лес пашня 15 лет 25 лет 35 лет 70 лет

Рис. 2. Запасы гумуса в дерново-подзолистых почвах в слое 0 — 25 и 0 - 50 см, т/га (Лужский район)

3.4. Кислотно-основные свойства. В лесных почвах реакция среды сильнокислая и уменьшается с глубиной Наблюдаются высокие значения гидролитической кислотности и низкая степень насыщенности основаниями

В пахотной почве средней подзоны реакция среды близкая к нейтральной (рН 6,09 - 6,61), в нижней части профиля слабокислая (рН 5,52 - 5,94), величина гидролитической кислотности низкая и колеблется от 1,53 до 3,28 мг-экв/100 г почвы Степень насыщенности почв основаниями в этой почве высокая В почве южной подзоны реакция среды слабокислая, степень насыщенности почв основаниями средняя

В дерново-подзолистых реградированных почвах с увеличением возраста реградации наблюдается тенденция к незначительному снижению показателя рН

В дерново-подзолистых почвах вторичного леса (залежь 63 и 70 лет) реакция среды приблизилась по своим показателям к своему целинному аналогу величина рН колебалась в почвах средней подзоны от 4,10 до 4,56, в почвах южной подзоны - составила около 3,90

Глава 4. Поведение соединений железа, показатель аккумулятивности в реградированных и постагрогенных дерново-подзолистых суглинистых почвах

Валовое содержание железа в исследуемых почвах колеблется в узких пределах - от 1,1 до 5,2% (среднеожелезненные) Развитие оксидогенеза железа, оцениваемое в почве по отношению FeJ(m/FeBiuI для выбранных объектов составляет 0,26 - 0,35 и характеризуется как умеренно низкое

В серогумусовом горизонте дерново-подзолистых целинных почв наблюдается накопление всех изучаемых групп и форм железа Коэффициент Швертмана свидетельствует о высокой активности железа и меньшей степени его окристаллизованности Показатель накопления RC (Rating Cumulate) распределение железа в почвах средней подзоны носит сильноаккумулятивный характер (RC>0,60)

В почвах южной подзоны показатель RC только для аморфного железа имеет слабоэлювиальный характер распределения (RC(Feo)<0,50), для всех остальных групп и форм -слабоаккумулятивный (RC>0,50)

Таблица 1. Соотношение и распределение групп и форм железа в дерново-подзолистых суглинистых постагрогенных почвах средней подзоны таежно-лесной зоны (Киришский район)

Группы Формы соединений

Горизонт Мощ- Ре„я„% силикат- сильно слабо аморфный

ность, см ныи окристаллизован

в % от валового содержания

Дерново-слабоподзолистая (лес)

АУ 4-16 1,1 71,8 ±4,6 - 48,2 ± 3,6 20,9 ± 0,5

ДУЕТ, 16-39 2,7 92,2 ± 0,01 - 28,9 ± 1,1 9,2 ± 0,9

BBLg 39-70 2,6 75,0 ± 0,4 - 23,1 ±0,6 13,9 ±0,4

Агродерново-подзолистая (пашня)

Р1 0-10 1,5 74,7± 0,01 - 14,0 ±2,0 12,7 ± 0,3

Р2 10-27 1,5 76,0± 0,7 - 8,7 ± 1,3 12,7 ± 0,3

АУЕЬ 27-38 1,3 76,1 ± 0,01 2,7 ±0,01 24,6 ± 3,8 8,5 ± 0,8

ВЕЬ 38-54 1,5 67,3 ± 0,3 - 32,7 ±4,3 9,3 ± 1,3

ВТ 54-75 4,9 79,3 ± 0,3 - 14,1 ±0,1 6,1 ± 0,1

Дерново-слабоподзолистая реградированная(5 лет)

Pwl 2-15 1,5 69,3 ± 0,01 6,7 ±0,7 14,7 ±0,7 9,3к± 0,01

Р\у2 15-24 1,5 70,0 ± 0,7 8,7± 0,01 12,0 ± 4,7 9,3 ± 0,3

АУЕЬ 24-40 1,8 72,8 ± 1,9 4,4 ± 1,9 15,6 ± 1,7 7,2 ± 0,3

ВЕЬ 40-47 1,7 74,7 ± 0,6 7,1 ±2,1 10,6 ±3,2 7,7 ± 0,6

ВТ 47-70 4,8 78,5 ± ОД 4,6± 0,1 10,8 ±0,1 6,0 ±0,1

Дерново-слабоподзолистая реградированная (10 лет)

Pwl 2-15 1,5 66,0 ± 1,7 28,7 ± 1,7 9,3 ± 0,1 16,0 ± 1,7

Рш2 15-27 1,4 63,6 ± 2,2 25,0 ± 1,1 17,9± 1,3 10,7 ± 1,1

АУЕЬ 27-37 1,4 45,7 ± 2,7 37,9 ± 2,2 26,4 ± 1,3 13,6 ±0,44

ВЕЬ 37-44 2,8 58,9 ± 0,4 35,3 ± 0,3 19,6 ±0,4 12,1 ±0,2

ВТй 44-70 5,2 85,0 ± 1,2 10,0 ±0,9 1,0 ± 1,2 8,5 ±0,1

Дерново-слабоподзолистая реградированная (30 лет)

Рш1 3-17 1,3 75,4 ± 3,5 16,2 ±4,6 39,2 ± 6,2 8,5 ± 1,2

Р\у2 17-27 1,3 74,6 ± 0,01 16,9 ±0,87 40,8 ± 11,2 8,56 ±0,8

АУЕЬ 27-39 1,2 89,7 ± 0,01 1,7 ±0,8 35,0 ±6,3 9,2 ±0,8

ВЕЬ 39-64 2,3 96,1 ± 0,01 - 31,3 ±6,7 10,4 ± 3,0

ВТ 64-90 3,5 95,2 ± 0,8 - 34,0 ± 4,8 10,4 ±0,01

Дерново-слабоподзолистая постагрогенная (63 года)

АУра1 0-10 1,6 64,4 ±5,6 - 30,6 ±3,1 5,0 ± 1,9

АУра2 10-20 1,6 70,0 ± 2,8 - 24,4 ± 1,9 10,0 ± 0,9

АУЕЬ 20-26 1,8 75,0 ± 1,1 - 18,9 ±5,3 12,8 ± 1,1

ВЕЬё 26-45 3,7 75,7 ± 0,01 - 18,4 ±0,01 4,3 ± 0,01

ВТй 45-60 4,2 84,3 ± 0,2 1,6 ± 0,01 16,9 ±3,6 6,2 ± 0,4

Таблица 2. Соотношение и распределение групп и форм железа в дерново-подзолистых суглинистых постагрогениых почвах южной подзоны таежно-лесной зоны (Лужский район)

Группа Формы соединений

Горизонт Мощ- Ре 1 ^вал, силикат- сильно слабо аморфный

ность, см % ный окристаллизован

в % от валового содержания

Дерново-сильноподзолистая (лес)

АУ 2-15 1,1 56,4 ± 0,01 21,8 ±0,5 9,1 ±0,5 12,7 ± 0,01

ЕЬ 15-25 1,5 82,7 ± 0,2 6,7 ± 2,0 4,7 ± 0,3 6,0 ± 0,01

ВЕЬ 25-40 2,3 78,7 ± 0,7 8,3 ± 0,2 14,4 ± 0,9 2,6 ± 0,4

ВТ1 40-65 2,9 74,1 ± 1,7 11,7 ± 1,2 8,6 ± 0,9 5,5 ± 0,4

Агродерново-подзолистая (пашня)

Р1 0-20 1,7 91,8 ±0,5 - 58,2 ± 2,9 11,8 ±2,1

Р2 20-30 1,8 92,2 ± 0,6 - 53,3 ± 3,9 14,4 ± 2,2

ВЕЬ 30-60 3,1 95,2 ± 0,3 - 28,7 ± 4,2 4,5 ± 2,6

ВТ 60-90 4,0 96,3 ± 0,2 - 23,8 ± 0,3 3,3 ± 0,2

Дерново-слабоподзолистая реградированная 15 лет)

Р\У1 3-15 2,2 76,3 ± 0,7 10,9 ± 0,2 4,1 ±0,7 8,6 ± 0,2

Р\У2 15-30 2,4 77,1 ±0,6 11,7 ±0,6 - 14,2 ± 0,2

ВЕЬ 30-45 3,1 79,0 ± 1,0 8,4 ± 0,5 1,9 ± 1,9 10,7 ± 1,56

ВТ 45-80 5,0 81,0 ±0,6 12,2 ±0,5 3,0 ±0,1 3,8 ± 0,01

Дерново-слабоподзолистая реградированная (25 лет)

2-15 1,9 76,3 ± 0,01 8,9 ± 1,1 4,7 ± 1,1 10,0 ±0,01

Р\у2 15-30 1,9 69,5 ± 0,5 16,3 ± 0,8 0,5 ± 0,3 13,7 ±0,5

ВЕЬ 30-43 4,0 77,3 ± 1,4 11,8 ± 1,6 6,5 ± 0,8 4,5 ± 0,5

ВТ 43-80 2,9 77,6 ± 0,9 7,2 ± 0,9 10,3 ± 0,2 4,8 ± 0,2

Дерново-слабоподзолистая постагрогенная (35 лет)

АУра1 3-15 2,1 70,0 ± 0,7 13,3 ± 0,7 13,8 ±0,01 2,9 ± 0,01

АУра2 15-25 2,0 71,5 ±0,01 15,0 ±0,5 4,0 ± 2,0 9,5 ± 1,5

АУЕЬ 25-39 3,0 74,3 ± 0,5 11,3 ±0,2 9,0 ±0,3 5,3 ± 0,01

Дерново-слабоподзолистая постагрогенная (70 лет)

АУра1 3-17 2,0 68,5 ± 0,5 10,0 ± 1,5 18,0 ±0,01 3,5 ± 1,0

АУра2 17-27 2,1 70,0 ±0,01 10,0 ±0,01 8,67 ± 0,01 11,4 ±0,01

АУЕЬ 27-64 1,9 70,0 ± 1,1 10,0 ± 1,6 16,3 ± 0,01 3,7 ± 0,5

Изменение содержания и передвижения железа в профиле агродерново-подзолистых почв на фоне целинного аналога происходит плавно с незначительным уменьшением в субэлювиальном горизонте, где содержание силикатного железа составляет 67,3% от валового Несиликатные и окристаплизованные формы железа в элювиальной части достигают максимума (23,8 и 32,7% от валового), и минимума в иллювиальной части профиля

(19,8 и 20,6% от валового) Аморфные формы равномерно распределяются в почвенном профиле, но с максимумом в верхней части профиля (12,7% от валового) и минимумом в нижней части профиля (5,4% от валового)

Показатель аккмулятивности ЯС Ревал>0,5 (слабоаккумулятивный) для свободного и аморфного железа составляет ЯС<0,50 (слабоэлювиальный)

В дерново-подзолистых реградированных почвах (5 - 25 лет реградации), соединения железа равномерно распределены по профилю, лишь незначительное уменьшение их наблюдается в нижней части профиля. В профиле почв средней подзоны отмечено высокое содержание железо-органических форм, тогда как в южной тайге оно в

I,5-2 раза ниже

В дерново-подзолистых постагрогенных почвах (30 и 63 лет реградации) Киришского района характер распределения железа в профиле почв более сглажен, с минимальным содержанием последних в элювиальной части профиля, что обусловлено, по-видимому, развитием глеевого процесса

Показатель аккумулятивности ЯС в средней подзоне изменяется в 70-летней залежи и составил КС Ре^сО^О (слабоэлювиальный характер) В южной подзоне показатель ЯС=1, что означает сильноаккумулятивный характер распределения валового железа Однако ЙС для несиликатного и окристаллизованного железа изменился незначительно

Глава 5. Изменение содержания и форм соединений алюминия в дерново-подзолистых почвах при постагрогенной трансформации

Содержание валового алюминия в исследуемых почвах колеблется в узких пределах от 5,8 до 13,7% Распределение его в профиле почв носит элювиально-иллювиальный характер

Количество силикатного А1 изменяется в пределах от 1,10 до

II,73% (36,0 - 90,8% от валового), с аналогичным валовому алюминию характером распределения по профилю, но с более слабой элювиальностью в почвах южной подзоны, вследствие различия климатических условий

Характер распределения по профилю несиликатного (свободного) алюминия зависит от срока реградации и гидротермических условий района Наибольшее его количество отмечено в почвах южной подзоны с преобладанием окристаллизованных и в меньшей степени аморфных форм В почвах средней подзоны, окристаллизованные формы практически отсутствуют

Таблица 3. Соотношение и распределение групп и форм алюминия в дерново-подзолистых суглинистых постагрогенных почвах средней подзоны таежно-лесной зоны (Киришский район)

Группы соединений Формы соединений

Горизонт Мощность, см А1 % силикатный несиликатный окристал-лизован аморфный

в % от валового содержания

Дерново-слабоподзолистая (лес)

АУ 4-16 8,4 42,0±1,9 58,0±1,9 25,6±0,5 32,4±1,3

АУЕЬ 16-39 8,7 46,2±3,9 53,8±3,9 7,8±0,9 46,0±0,1

ВЕЬЙ 39-70 8,4 64,3±5,5 35,7±5,5 - 38,1±0,1

Агродерново-подзолистая (пашня)

Р1 0-10 7,1 72,3±1,2 27,8±1,2 3,2±0,2 24,6±1,8

Р2 10-27 7,1 78,0±2,3 22,0±2,3 - 30,0±4,4

АУЕЬ 27-38 6,8 67,9±1,5 32,1±1,5 21,0±0,7 11,0±0,8

ВЕЬ 38-54 5,8 48,3±0,1 51,7±0,1 - 58,1±2,1

ВТ 54-75 13,1 48,0±2,4 52,0±2,4 46,3±0,5 5,7±0,4

Дерново-подзолистая реградированная (5 лет)

Рш1 2-15 6,6 36,5±3,3 63,5±3,3 31,2±1,3 32,3±6,3

Pw2 15-24 6,7 39,0±0,1 61,Ш=0,1 29,7±2,3 31,3±6,1

АУЕЬ 24-40 7,5 50,4±0,1 49,6±0,1 - 70,0±3,7

ВЕЬ 40-47 7,2 64,9±0,1 35,1±0,1 5,8±0,3 29,3±1,2

ВТ 47-70 12,8 89,2±0,8 10,8±0,8 - 13,7±0,5

Дерново-подзолистая реградированная (10 лет)

Р\у1 2-15 7,3 73,4±3,5 26,6±3,5 13,2±1,7 25,6±2,5

Р\У2 15-27 7,0 49,1 ±0,1 50,9±0,1 11,6±0,5 39,3±7,1

АУЕЬ 27-37 7,2 54,0±5,0 46,0±5,0 - 87,5±5,9

ВЕЬ 37-44 9,6 52,5±0,1 47,5±0,1 - 52,1±5,4

втй 44-70 13,6 59,1±1,1 40,9±1,1 40,7±2,2 0,2±0,04

Дерново-подзолистая реградированная (30 лет)

Р\¥1 3-17 6,4 70,8±1,4 29,2±1,4 - 33,3±3,0

Р№2 17-27 6,7 47,7±0,1 52,2±0,1 26,1 ±0,1 26,1±0,1

АУЕЬ 27-39 6,5 26,9±5,9 73,1±5,9 - 92,3±2,9

ВЕЬ 39-64 7,8 57,7±1,2 42,3±1,2 - 59,4±4,0

ВТ 64-90 10,2 55,3±1,5 44,7±1,5 17,7±0,1 27,0±3,0

Дерново-подзолистая постагрогенная (63 года)

АУра1 0-10 10,5 73,2±9,2 26,7±9,2 10,0±2,4 16,7±1,9

АУра2 10-20 10,6 68,7±2,4 31,2±2,4 13,5±3,5 17,7±1,2

АУЕЬ 20-26 10,8 82,7±7,2 17,3±7,2 - 19,7±1,8

ВЕЬ§ 26-45 13,1 90,5±0,5 9,5±0,5 - 22,0±5,7

втй 45-60 11,9 88,5±0,8 11,5±0,8 - 24,2±0,1

Таблица 4. Соотношение и распределение групп и форм алюминия в дерново-подзолистых суглинистых постагрогенных почвах южной подзоны таежно-лесной зоны (Лужский район)

Группы соединений Формы соединений

Гори- Мощ- А1Вал> силикат- несилика- окристал- аморфный

зонт ность, CM % ный тныи лизован

в % от валового содержания

Дерново-сильноподзолистая (лес)

AY 2- -15 7,2 44,4 ± 3,5 48,6 ± 3,5 33,3 ± 8,0 15,3 ± 4,5

EL 15 -25 7,7 39,0 ± 6,2 48,7 ± 6,2 17,5 ± 8,1 31,2 ± 1,9

BEL 25 -40 8,6 41,3 ±7,6 43,6 ± 7,6 7,6 ± 0,5 36,0 ±2,0

ВТ1 40 -65 9,1 31,3 ±9,6 87,9 ± 9,6 71,4 ± 9,0 16,5 ± 0,8

ВТ2 65 -90 9,9 47,5 ± 8,6 35,7 ± 8,6 24,3 ± 9,3 11,1 ±0,8

Агродерново-подзолистая (пашня)

PI 0- -20 6,8 36,8 ± 1,3 63,2 ± 1,3 16,9 ± 1,3 46,3 ± 2,6

Р2 20 -30 6,9 37,4 ± 2,4 62,6 ± 2,4 16,2 ± 4,3 46,4 ± 1,5

BEL 30 -60 9,6 38,6 ± 1,6 61,4 ± 1,6 24,1 ± 1,3 37,3 ± 3,7

ВТ 60 -90 11,0 45,5 ± 1,4 54,6 ± 1,4 21,5 ± 2,3 33,1 ±2,4

Дерново-слабоподзолистая реградированная 15 лет)

Pwl 3- -15 10,0 41,5 ±4,8 58,5 ± 4,8 43,5 ± 2,8 15,0 ±2,0

Pw2 15 -30 10,5 59,0 ± 8,3 40,9 ± 8,3 30,5 ± 5,9 10,5 ± 1,4

BEL 30 -45 11,3 41,6 ±5,8 58,4 ± 5,8 58,2 ± 5,7 0,18 ±0,05

BT 45 -80 13,7 77,4 ± 1,6 22,6 ± 1,6 21,1 ± 1,0 1,5 ± 0,63

Дерново-слабоподзолистая реградированная (25 лет)

Pwl 2- -15 7,7 89,0 ± 0,01 11,0 ±0,01 10,9 ± 0,6 0,13 ± 0,6

Pw2 15 -30 7,7 97,3 ±0,1 2,7 ± 0 1 - 4,7 ±0,1

BEL 30 -43 10,7 82,2 ± 0,01 17,8 ±0,01 15,5 ± 0,6 2,2 ±0,1

BT 43 -80 8,3 94,6 ±0,01 5,4 ±0,01 - 15,4 ± 1,2

Дерново-слабоподзолистая постагрогенная (35 лет)

AYpal 3- -15 8,1 88,3 ± 5,9 11,7 ±5,9 10,5 ± 0,6 1,2 ±0,01

AYpa2 15 -25 7,8 87,8 ±6,1 12,2 ±6,1 10, 9 ±0,7 1,3 ±0,01

AYEL 25 -39 9,50 63,2 ± 2 1 36,9 ±2,1 35,8 ± 1,6 1,1 ±0,01

Дерново-слабоподзолистая постагрогенная (70 лет)

AYpal 3- -17 7,5 77,3 ±0,1 22,7 ±0,1 20,5 ± 1,6 2, 3 ± 0,6

AYpa2 17 -27 7,5 88,7 ±0,1 11,3 ±0,1 9,2 ±2,9 2,1 ±0,9

AYEL 27 -64 7,4 83,8 ±0,1 16,2 ±0,1 11,4 ± 1,1 4,9 ± 1,1

В больших количествах в пахотной почве Киришского района происходит вынос несиликатного алюминия и несколько меньше аморфного, который накапливается в субэлювиальном горизонте (BEL) (58,1 % от валового)

В реградированных и постагрогенных почвах распределение несиликатных соединений алюминия по профилю носит четко выраженный элювиально-иллювиальный характер

Количество аморфного алюминия также сильно меняется (табл 3, 4) В почвах средней тайги содержание этой формы высокое и незначительно изменяется по профилю В почвах южной подзоны его содержание среднее, для гумусового горизонта и существенно изменяется с глубиной. Так в дерново-подзолистых постагрогенных почвах (35 и 70 лет) содержание исследуемой формы по всему профилю низкое Такое содержание мы объясняем тем, что более высокие температуры, чем в средней подзоне вызывают дегидратацию и кристаллизацию аморфных веществ

Окристаллизованные формы составляют 3,2% - 46,3% от валового В почвах средней подзоны представлены в основном только в дерново-подзолистой постагрогенной почве (63 года) в верхней части профиля и дерново-подзолистой реградированной (10 лет) В почвах южной подзоны окристаллизованные формы соединений алюминия содержатся в пределах от 9,2% до 71,4%

Изучение корреляционных связей содержания в исследуемых почвах различных групп и форм соединений алюминия с кислотно-основными свойствами и гумусом не обнаружено

Обменный алюминий в почвах средней подзоны не обнаружен, что связано с повышенной устойчивостью алюмосиликатов к выветриванию в условиях среды, близкой к нейтральной В почвах южной подзоны вследствие кислой реакции среды содержание обменного алюминия увеличивается от пашни к вторичному лесу и коррелирует с рН

Глава 6. Содержание валового марганца и его подвижных и активных форм в почвах после прекращения антропогенного

воздействия

Распределение валового марганца в профиле изучаемых почв однотипно и носит элювиально-иллювиальный характер более выраженный в условиях южной подзоны Максимальное количество валового марганца сосредоточено в верхней 0 - 30 см толще 0,02 -0,04% в средней и 0,02 - 0,10% в южной подзоне (рис 3, 4)

Этот элемент, обладая большей подвижностью по сравнению с железом, мигрирует глубже, чем объясняется накопление марганца в горизонте ВТ

В агродерново-подзолистой почве основная масса подвижного марганца также сосредоточена в верхнем серогумусовом горизонте, с резким уменьшением данной формы в средней и нижней части профиля

Средняя часть профиля обеднена подвижным и активными формами марганца и содержание его колеблется в пределах 0,25 - 7,0 и 1,4 - 12,2 мг/100 г почвы Поведение подвижного марганца в серогумусовом горизонте носит неоднозначный характер

мг/100 г почвы 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48

Рис.З. Содержание подвижного марганца в почвах средней

подзоны

мг/100 г почвы

Е 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 о

0 -¡---1--1-.-'-1-'-'-1--1-1-!--1—1-»Л-

Рис. 4. Содержание подвижного марганца в почвах южной

подзоны

Верхняя часть этого горизонта (2-10-15 см), где сосредоточена основная масса корней, содержит максимальное количество, подвижных соединений марганца, а нижняя часть, более уплотненная, меньшее количество, особенно это, хорошо выражено в почвах южной

подзоны и практически не выражено в средней подзоне, данный факт, можно объяснить различием в гидротермическом режиме (рис 2)

Глава 7. Интенсивность протекания элементарных почвообразовательных процессов в дерново-подзолистых почвах и пути возможного использования реградированных земель

Лесные почвы (стационарные системы) формируются при участии типичных для дерново-подзолистых почв элементарных процессов почвообразования с постоянной интенсивностью их протекания. В пахотных почвах доминирует культурный почвообразовательный процесс, снижается интенсивность элювиальных процессов

При постагрогенной трансформации происходит зарастание пашни травами Процессы, участвующие в формировании профиля пахотной почвы, (обработка почвы и образование пахотного слоя) исчезают Происходит дифференциация пахотного горизонта на верхнюю и нижнюю части (деградация нижней части горизонта) с одновременно идущим элювиальными процессами В верхней части усиливается дерновый процесс, а в нижней - подзолистый В результате уплотнения нижней части горизонта появляются зоны сегрегации

В связи с элювиальной неустойчивостью трав и постоянно идущим процессом простого вымывания происходит смена растительности на лесную, устойчивую в экстраэлювиальных условиях В результате изменяются морфология, физико-химические и химические свойства почвы, происходит усиление оподзаливания и увеличение мощности иллювиального горизонта Появляется слой лесной подстилки, мощность которой увеличивается с возрастом залежи Но все процессы по интенсивности не достигают уровня целинного аналога, морфологически это выражается в наличии мощного гумусового горизонта - 25 см, что не характерно для дерново-подзолистых целинных почв и является следствием производимого когда-то окультуривания

Выводы

1 Строение профиля и морфологические признаки лесных целинных почв обусловлены одновременным протеканием дернового -и подзолистого процессов При окультуривании создается гомогенный пахотный слой без видимых признаков развития элювиальных процессов При постагрогенной трансформации строение профиля почв частично приобретает исходное генетическое состояние с сохранением признаков окультуривания

2 Прекращение антропогенного воздействия привело к деградации пахотного горизонта В нижней части (15 - 25 см) происходит постепенное возрастание плотности сложения, появляются зоны элювиирования и признаки сегрегации

3 Профиль изучаемых почв резко дифференцирован по количеству илистой фракции, о чем свидетельствует коэффициент общей дифференциации, значение которого в целинных лесных почвах составляет 3,3 - 5,7, при окультуривании данный показатель уменьшается до 1,3 - 2,8, а в реградированных почвах с течением времени вновь возрастает до 2,94 - 4,41

4 Целинные лесные почвы характеризуются низким содержанием гумуса, который сосредоточен в слое 4 - 15см Процессы окультуривания привели к увеличению содержания гумуса в 3 раза и мощности гумусовой толщи в 2 раза В реградированных и постагрогенных почвах содержание гумуса в первые годы реградации остается на уровне пахотной почвы С увеличением возраста залежи происходит снижение содержания гумуса и наблюдается дифференциация гумусового горизонта по данному показателю, с выраженной дегумификацией в нижней части Причем этот процесс в почвах южной подзоны выражен более четко, чем в почвах средней подзоны вследствие различных гидротермических условий

5 Запасы гумуса в слое 0-20 и 0-50 см практически одинаковы, что свидетельствует о низком содержании гумуса При окультуривании происходит увеличение запасов гумуса в 2 раза По мере зарастания сельскохозяйственных угодий запасы гумуса постепенно снижаются и приближаются к целинному аналогу

6 В результате антропогенного использования почв происходит нейтрализация реакции до 6,5 единиц рНы, степень насыщенности почв основаниями повышается до 90 % При переходе почвы из пашни в залежь, уменьшается степень насыщенности основаниями, увеличивается гидролитическая и обменная кислотность Целинные лесные почвы имеют сильнокислую реакцию среды, ненасыщенны основаниями В почвах вторичного леса реакция и степень насыщенности основаниями сопоставима с целинными аналогами

7 Содержание валового железа в исследуемых почвах колеблется в узких пределах от 1,1 до 5,0%. Почвы среднеожелезненные, развитие оксидогенеза умеренно низкое Пахотные почвы слабо дифференцированы по содержанию несиликатного и аморфного железа. Небольшое увеличение содержания этих соединений наблюдается в иллювиальном горизонтах По мере увеличения времени нахождения почв без использования несколько возрастает выраженность элювиально-иллювиальных процессов, что приводит к обеднению соединениями несиликатного железа Вследствие развития оглеения в почвах средней подзоны сложно диагностировать элювиальные процессы, коэффициент Швертмана указывает на высокую активность и преобладание аморфных форм железа В почвах южной подзоны отмеченная низкая активность и преобладание окристаллизованных форм

8 Изменение содержания алюминия в профиле исследуемых почв носит элювиально-иллювиальный характер Элювиальность от почвы

леса к пашне уменьшается и вновь возрастает в реградированных и постагрогенных почвах В почвах средней подзоны вследствие хорошей окультуренности и реакции среды близкой к нейтральной обменный алюминий не обнаружен, в почвах средней подзоны содержание обменного алюминия носит возрастающий характер от пашни к вторичному лесу вследствие уменьшения рН

9 Содержание марганца в ряду исследованных почвах обусловлено биогенным накоплением, основная масса валового, подвижного и активного марганца сосредоточена в верхнем серогумусовом горизонте В пахотных почвах основная масса марганца находится в агрогумусовом горизонте и резко уменьшается в нижней части профиля При смене растительности с культурной на естественную содержание марганца в профиле реградированных почв увеличивается за счет развития корневой системы трав, а элювиальная часть профиля обеднена формами марганца

11 Обработка почв приводит к смене природных почвообразовательных процессов (дернового и элювиального) на культурные К 63 - 70 годам после прекращения антропогенного воздействия постепенно восстанавливаются соотношение и интенсивность элементарных почвообразовательных процессов Дальнейшее использование реградированных почв возможно, под пашню, улучшенный сенокос Экономическая эффективность вывода реградированных почв в пашню, показала, что срок окупаемости 70-летней залежи составляет 39 лет Поэтому целесообразно и экономически более эффективно возвращать залежи в пашню до 20 -30 лет

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1 Андреева А В , Поляков А А , Шабанов М В Особенности морфологии и гранулометрический состав дерново-подзолистых суглинистых почв различного использования //Сборник трудов конференции учащихся, студентов и аспирантов Агроэкология и научно-технический прогресс Санкт-Петербург - Пушкин , 2005 с 84 -87

2 Бокарева М В, Шабанов М В Содержание подвижных соединений железа в дерново-подзолистых суглинистых почвах различного использования //Сборник трудов конференции учащихся, студентов и аспирантов Агроэкология и научно-технический прогресс Санкт-Петербург - Пушкин , 2005 с 98-100

3 Чернов Д В , Шабанов М В , Бокарева М В Формы соединений железа в дерново-подзолистых суглинистых почвах после прекращения антропогенного использования // Гумус и почвообразование Сб научн тр СПбГАУ, 2006 -с 97-102

4 Шабанов М В, Плылова И А Содержание аморфных и несиликатных форм алюминия в дерново-подзолистых почвах при

постагрогенной трансформации // Гумус и почвообразование Сб научн тр. СПбГАУ ,2006.-с 102-106

5 Бокарева М В, Шабанов М.В Изменение содержания подвижных соединений железа в агродерново-подзолистых почвах при постагрогенной трансформации //Материалы Всероссийской научной конференции IX «Докучаевские молодежные чтения» Санкт-Петербург, 2006 с 319-321

6. Чернов Д В, Шабанов М В., Козлов А Ю. Изменение свойств агродерново-подзолистых суглинистых почв при постагрогенной трансформации // Материалы Всероссийской научной конференции посвященная 160-летию со дня рождения В В Докучаева и 170-летию образования 1-й в России университетской кафедры агропочвенного направления Санкт- Петербург, 2006 с 155-156

7 Даровская И П., Шабанов М В Изменение гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых почв при выводе их из сельскохозяйственного использования //Сборник Студенческого научного общества, 2007 № 2 с. 27 - 31

8. Чернов Д В , Шабанов М В Анализ распределения групп и форм железа в дерново-подзолистых суглинистых почвах постагрогенной трансформации//Доклады РАСХН, 2007 №4 с 36-39

Подписано в печать 25.09.2007 Бумага офсетная Формат 60X90 1/16 Печать трафаретная, усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ 854

Отпечатано с оригинал-макета заказчика в копировально-множительном центре "АРГУС" Санкт-Петербург—Пушкин, ул Пушкинская, я 28/21, тел (812) 451-89-88

Per №233909 от 07 02 2001

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Шабанов, Михаил Викторович

Введение.

1. Содержание и формы соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых почвах.

1.1. Общее содержание соединений и форм железа в почвах.

1.2. Общее содержание соединений и форм алюминия в почвах.

Ч 1.3. Общее содержание соединений марганца в почвах.

1.4. Содержание соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых почвах.

1.5. Изменение содержания и форм соединений железа, алюминия и марганца при окультуривании дерново-подзолистых почв.

2. Объекты и методы исследований.

2.1. Объекты исследования.

2.1.1. Условия почвообразования.

2.1.2. Климат.

4 2.1.3. Растительность.

2.2. Строение профиля и морфологические признаки дерново-подзолистых почв.

2.3. Методы исследований.

3. Изменение физических и физико-химических свойств дерновоподзолистых почв при постагрогенной трансформации.

3.1. Плотность сложения и гранулометрический состав. 3.2. Валовой химический состав.

3.3. Показатели гумусового состояния почв.

3.4. Кислотно-основные свойства.

4. Поведение соединений железа, показатель аккумулятивности в ре-градированных и постагрогенных дерново-подзолистых суглинистых почвах.

5. Изменение содержания форм соединений алюминия в дерново-подзолистых почвах при постагрогенной трансформации.

6. Содержание валового марганца и его подвижных и активных форм в почвах после прекращения антропогенного воздействия.

7. Интенсивность протекания элементарных почвообразовательных процессов в дерново-подзолистых почвах и пути возможного использования реградированных земель.

8. Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Процессы постагрогенной трансформации минеральной части дерново-подзолистых почв"

Актуальность темы. В настоящее время все большее количество сельскохозяйственных угодий выводится из использования (Агропромышленный комплекс России, 2001). Этому способствовали различные факторы в экономическом развитии государства, что привело к увеличению площади залежных земель (Чернов Д.В., Кириллова Е.Л., 2000). По данным Госкомстата РФ площади таких земель уже к концу 2002 года составляли около 20 млн. га и продолжают увеличиваться (Anderson J. Р., и др., 2000,. Заварзин Г.А, 2001).

На заброшенных сельскохозяйственных землях начинаются естественные процессы восстановления растительности. Постепенно луговая растительность сменяется вторичным лесом. В результате этого происходит трансформация строения профиля и морфологии почв, начинают преобладать естественные процессы почвообразования.

Самовосстановление почв можно определить как совокупность естественных природных процессов, проявляющихся в «стремлении» почвенной системы вернуться в исходное, ненарушенное состояние. Явления самовосстановления почв известно давно; оно многократно «закономерно» происходило при под-сечно-огневом, переложном и залежном земледелии.

Почти все имеющиеся на сегодняшний день данные свидетельствует о том, что характер изменения химических свойств от первоначального состояния самой почвы и от возраста залежи и типа биоценоза. При этом признаки освоения сохраняются под лесом довольно продолжительное время, в частности повышенное содержание питательных веществ и гумуса (Апарин Б.Ф., Васильев A.M., 1981).

На протяжении 20 века поддержание плодородия сельскохозяйственных земель осуществлялась главным образом за счет применения минеральных удобрений и широкомасштабного известкования, что явилось одним из главных факторов существенного изменения биогеохимических циклов важнейших биофильных элементов в почвах и может коренным образом менять не только темпы, но и общую направленность процессов самовосстановления.

Дерново-подзолистые почвы составляют основу пахотного фонда Нечерноземной зоны России. Уровень их естественного плодородия, как правило, невысок. Но путем применения всех приемов улучшения плодородия около 15% пахотных дерново-подзолистых почв к началу 90-х годов 20 века было доведено до степени хорошей окультуренности (Ефимов В.Н., Иванов А.И., 2001).

За последние годы резко сократились капитальные вложения в сельское хозяйство и, как следствие этого, уменьшились количества вносимых удобрений и мелиорантов, в результате чего начались негативные изменения состава и свойств, высоко окультуренных почв, используемых в сельскохозяйственном производстве, то есть деградация плодородия.

Так, по данным Д.С. Булгакова с соавторами (2004), за последние 25-30 лет уровень плодородия пахотных почв за счет всех видов деградации снизился, примерно, на 10 - 12 %. За последние 5-6 лет на пашне (фактически используемой), примерно в 1,5 раза возросли площади кислых почв, примерно в 1,5 раза, усилились темпы ежегодного снижения содержания гумуса, отрицательный баланс NPK достиг примерно 100 кг/га в год. Таким образом, темпы снижения плодородия почв в результате деградации в эти годы возросли по сравнению с периодом с 1970 по 1990 гг. (Воробьев В.А., 2004).

В таежно-лесной зоне данный процесс проявляется наиболее интенсивно, учитывая критический характер земледелия. Отсутствие обработки, изменение характера растительного покрова, прекращение антропогенного воздействия приводит к существенным изменениям не только свойств и режимов почв, но и почвообразовательных процессов в целом, причем изменяется не только интенсивность их протекания, но и их направленность. Ранняя индикация и диагностика многочисленных процессов в почве, включая самовосстановление, можно осуществлять по кислотно-основным свойствам, гумусовому состоянию, а также различным формам железа, алюминия и марганца.

Железо, алюминий и марганец являются основными химическими элементами почвы, которые четко реагируют на изменение хода почвообразовательного процесса. Благодаря высокой реакционной способности эти элементы отличаются многообразием химических форм, соединений и глубокими трансформационными преобразованиями в почве. Распределение различных форм соединений железа и алюминия по профилю почв является индикатором направленности и скорости протекания ряда элементарных процессов почвообразования, что особенно четко проявляется в почвах элювиального ряда.

Соединения железа во многом определяют морфологический облик почв, особенно в гумидных ландшафтах, где железо является типоморфным элементом.

Изменение поведения железа, алюминия и марганца в почвах изучалось многими авторами, но после прекращения антропогенного использования еще не проводилось. Изучение механизмов процессов самовосстановления почв, выведенных из сельскохозяйственного использования, интересно как научное значение, так и определенный практический интерес, связанный с прогнозом их развития.

Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований явилось установление скорости и направленности процессов почвообразования и изучения распределения форм соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых суглинистых почвах при прекращении антропогенного воздействия в следующем временном ряду 5,10, 15, 25, 35, 63 и 70 лет в различных поч-венно-климатических условиях (средняя и южная подзоны таежно-лесной зоны). В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Проследить изменение характера растительности, строения профиля и морфологических признаков реградированных и постагрогенных почв в сравнении с целинными и пахотными аналогами.

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

3. Изучить особенности гумусового состояния и кислотно-основных свойств дерново-подзолистых суглинистых почв при смене растительности с культурной на естественную (луговую и лесную).

4. Установить влияние различного уровня антропогенной нагрузки на содержание различных форм железа, алюминия и марганца и характер их распределения по профилю почв.

5. Изучить характер изменения направленности процессов почвообразования при постагрогенной трансформации дерново-подзолистых суглинистых почв.

Научная новизна работы. Впервые проведен сравнительный анализ изменения физико-химических показателей дерново-подзолистых суглинистых реградированных и постагрогенных почв, а также их целинных аналогов в условиях средней и южной подзоны таежно-лесной зоны. Выявлена зависимость между климатическими факторами и физико-химическими параметрами почв. Установлено изменение поведения различных форм железа, алюминия и марганца в почвах после прекращения антропогенного использования. Идентифицированы элементарные почвообразовательные процессы, усиливающиеся после прекращения антропогенного использования.

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

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

1. Изменения показателей плодородия почв после прекращения антропогенного использования

2. Результаты исследований по изучению содержания форм и групп соединений железа и алюминия в реградированных и целинных почвах.

3. Оценка содержания подвижного марганца в реградированных и постагро-генных почвах.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлены и доложены на ежегодной научно-практической конференции профессорского-преподавательского состава СПБГАУ (Санкт-Петербург, Пушкин 2005); международной научно-практической конференции «Агроэкология и научно-технический прогресс» (Санкт-Петербург, Пушкин, 2005); Всероссийской научной конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.В. Докучаева и 170-летию образования 1-й в России университетской кафедры агропочвенно-го направления (Санкт-Петербург, 2006); IX Всероссийской конференции «До-кучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2006).

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 8 работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, основных выводов и приложений. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 24 таблиц, J рисунков. Список использованной литературы включает 124 наименования, в том числе 24 источника зарубежной литературы.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Шабанов, Михаил Викторович

выводы

1. Сравнительные исследования (морфологическое) целинной лесной, пахотной и реградированных дерново-подзолистых суглинистых почв, формирующихся в одинаковых условиях рельефа в Киришском и Луж-ском районе Ленинградской области показали, что пахотные почвы заметно отличаются от целинных и реградированных строением профиля и физико-химическими свойствами. В реградированных почвах сохранились признаки прошлого окультуривания, которые постепенно исчезают при увеличении срока реградации.

2. Прекращение антропогенного использования привело к морфологическим изменениям пахотного горизонта. На поверхности сформировался слой дернины (0-3 см), а серогумусовый горизонт (AY) разделился по плотности сложения на слои 2 - 15 и 15 - 25 см, что вызвано неглубоким проникновением в почву корневой системы многолетних трав. В зоне уплотнения появляются признаки сегрегации, а в нижней части микрозоны элювиирования.

3. Целинные лесные почвы характеризуются низким содержанием гумуса, который сосредоточен в слое 4 - 15см. Процессы окультуривания привели к увеличению содержания гумуса в 3 раза и мощность гумусовой толщи в 2 раза. В реградированных и постагрогенных почвах содержание гумуса в первые годы реградации остается на уровне пахотной почве. Но с увеличением возраста залежи происходит снижение содержания гумуса и наблюдается дифференциация гумусового горизонта по данному показателю, с выраженной дегумификацией в нижней части. Причем этот процесс в почвах южной подзоны выражен более четко, чем в почвах средней подзоны вследствие различных гидротермических условий.

4. Запасы гумуса в слое 0-20 и 0-50 см практически одинаковы, что свидетельствует о низком содержании гумуса. При окультуривании происходит увеличение запасов гумуса в 2 раза. По мере зарастания сельскохозяйственных угодий запасы гумуса постепенно снижаются и приближаются к целинному аналогу. Содержание запасов гумуса в почвах средней и южной подзон различаются примерно в 1,5 раза, что опять же объясняется различием гидротермических условий.

5. В целинных почвах реакция среды сильнокислая, почва не насыщена основаниями. В результате антропогенного использования почв происходит нейтрализация реакции почв до 6,5 единиц pHkci, степень насыщенности почв основаниями повышается до 90 % При переходе почвы из пашни в залежь, происходит смена растительности, уменьшается степень насыщенности основаниями, увеличивается гидролитическая кислотность и показатель рН уменьшается.

6. Содержание валового железа в исследуемых почвах колеблется в узких пределах от 1,1 до 5,0%. Почвы средней и южной подзон среднеожелез-ненные, развитие оксидогенеза умеренно низкое. Профиль пахотной почвы слабо дифференцирован по содержанию несиликатного и аморфного железа. Небольшое увеличение содержания этих соединений наблюдается в иллювиальном горизонтах. В почвах средней подзоны несиликатные формы представлены аморфным и слабокористализованным железом. В почвах южной подзоны большая часть несиликатных форм представлена сильно- и слабоокристаллизованными соединениями, на долю аморфных приходится незначительная часть. По мере увеличения времени нахождения почв без использования несколько возрастает выраженность элювиально-иллювиальных процессов, что приводит к обеднению соединениями несиликатного железа. Вследствие развития оглеения в почвах средней подзоны сложно диагностировать элювиальные процессы. Коэффициент Швертмана указывает на высокую активность и преобладание аморфных форм железа.

7. Изменение содержания алюминия в профиле исследуемых почв также носит элювиально-иллювиальный характер. Элювиальность от почвы леса к пашни уменьшается и вновь увеличивается в реградированных и постагрогенных почвах. В почвах средней подзоны вследствие хорошей окультуренности и реакции среды близкой к нейтральной обменный алюминий не обнаружен, в почвах средней подзоны содержание обменного алюминия носит возрастающий характер от пашни ко вторичному лесу в следствие увеличения реакции среды.

8. Содержание марганца в ряду исследованных почвах в первую очередь обусловлено биогенным накоплением, основная масса валового, подвижного и активного марганца сосредоточена в основном в верхнем серогу-мусовом горизонте. В пахотных почвах основная масса марганца находится в агрогумусовом горизонте и резко уменьшается в нижней части профиля. При смене культурной растительности на естественную содержание марганца в профиле реградированных почвах увеличивается, а элювиальная часть профиля обеднена изученными формами марганца.

9. Сравнительный анализ почв средней и южной подзоны показывает, что различие гидротермических условий и степени окультуренности неоднозначно сказывается на физико-химических показателях почв.

10.Обработка почв приводит к смене природных почвообразовательных процессов (дернового и элювиального) на культурные. К 63 - 70 годам после прекращения антропогенного воздействия постепенно восстанавливаются соотношение и интенсивность элементарных почвообразовательных процессов. Дальнейшее использование реградированных почв возможно; под пашню, улучшенный сенокос. Экономическая эффективность вывода реградированных почв в пашню, показала, что срок окупаемости 70 летней почвы составляет 39 лет. Поэтому целесообразно и экономически более эффективно возвращать залежи в пашню почвы до 20 - 30 лет.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Шабанов, Михаил Викторович, Санкт-Петербург

1. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.: Колос, 1969.304 с.

2. Агроклиматические ресурсы Ленинградской области (справочник). Л.: 1971.-119с

3. Агропромышленный комплекс России. М., 2001

4. Агрохимические методы исследования почв. Изд-во АН СССР, Почвен. ин-та им. В.В. Докучаева. М.: Наука, 1965. 436 с.

5. Анспок П.И. Микроудобрения. Л.: Агропромиздат, 1990. 272 с.

6. Апарин Б.Ф., Васильев A.M. Морфологические и физико-химические особенности залежных дерново-подзолистых почв на двучленных породах Новгородской области //Преобразование почв Нечерноземья при сельскохозяйственном освоении. М., 1981

7. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л.: Наука, 1980.-187 с.

8. Афанасьев Я.Н. Из области анаэробных и болотных процессов. //Почвоведение, XXV, № 6, М., 1930 с. 5 45

9. Белицина Г.Д., Василевская В.Д., Гришина Л.А. и др. Почвоведение. Ч. 1. М.: Высшая школа, 1988. 400 с.

10. Бергер К.К., Пратт П.Ф. Достижения в применении второстепенных элементов и микроудобрений/Удобрения. М.: Колос, 1965. С.313-374

11. Бызова Е.В., Соколова Т.А. Аморфные и слабокристаллизованные компоненты илистых фракций буроземов, подбуров и подзолов Южного Приморья //VIII Всесоюз. съезд ВОП: Тез. докл. Новосибирск, 1989. Кн. I. С. 15513