Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сравнительная характеристика почв гумидных ландшафтов на различных корах выветривания

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Сравнительная характеристика почв гумидных ландшафтов на различных корах выветривания"

На правах рукописи

XII СЕН Мискин Кафине

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ГУМИДНЫХ ЛАНДШАФТОВ НА РАЗЛИЧНЫХ КОРАХ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 2 пНВ 2012

005008368

Санкт-Петербург 2011

005008368

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения им. Л.Н. Александровой ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Донских Иван Николаевич

Научный консультант: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Чернов Дмитрий Викторович

Официальные оппоненты; доктор биологических наук, профессор

Чуков Серафим Николаевич кандидат сельскохозяйственных наук Суханов Павел Александрович

Ведущая организация: ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева РАСХН

Защита диссертации состоится «2» февраля 2012 года в 16 часов 00 минут на заседании Совета Д 212.232.32 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете в ауд. № 1 кафедры ботаники СПбГУ по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

e-mail: botsadspbgu@yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан « » ^UccS^ 2011 года

Автореферат размещен на сайте Минобрнауки РФ.

Ученый секретарь совета

по защите докторских и кандидатских

диссертаций Д 212.232.32

Никитина В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По данным ФАО (2009) площадь пахотных земель на душу населения, в силу разных причин, сокращается: с 0,38 га в 1970 году до 0,23 га в 2000 году. Согласно прогнозам, к 2050 году эта цифра составит 0,15 га на человека. Южная Азия использует 94% потенциально пахотной земли, в то время как в Африке к югу от Сахары возделываются лишь 22% потенциально пахотной земли. В странах Африки (в том числе и в республике Чад) отсутствие доступа и неразвитость местной инфраструктуры ограничивает, по крайней мере, в ближайшей перспективе, введение почв в сельскохозяйственный оборот.

Почвы страны, впервые описанные в 1964 - 1969 годах прошлого века, мало изучены. До сих пор не было представлено достаточно полного анализа состава и свойств красных ферраллитных почв республики Чад. Правильное и рациональное использование данных почв возможно лишь на основе детального изучения физико-химических и агрохимических свойств и их изменения при сельскохозяйственном использовании.

Дерново-подзолистые почвы бореального пояса Российской Федерации изучены достаточно удовлетворительно. При регулярном известковании и применении органических и минеральных удобрений на среднеокультуренных почвах можно получать высокие устойчивые урожаи, даже, несмотря на то, что данные почвы расположены в Нечерноземной зоне «рискованного земледелия».

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было сравнение состава и свойств почв, формирующихся в гумидных районах на различных корах выветривания.

В связи с этим, основными задачами исследования были:

1. Определение кислотно-основных свойств красных ферраллитных и дерново-подзолистых почв, как в природных ландшафтах, так и в агроценозах;

2. Изучение гранулометрического состава данных почв;

3. Определение валового химического состава;

4. Определение валового содержания фосфора, калия и их подвижных соединений;

5. Изучение содержания гумуса и азота, изменение их запасов при окультуривании;

6. Определение содержания и профильного распределений соединений железа и алюминия.

Научная новизна. В работе, впервые для условий гумидных ландшафтов республики Чад и Российской Федерации, дана сравнительная характеристика почвам, формирующимся на различных корах выветривания. Сравнивали генезис, условия почвообразования, растительность, основные показатели почвенного плодородия. На примере целинных лесных почв и их окультуренных аналогов, различной степени антропогенного воздействия установлено профильное распределение несиликатных соединений железа и алюминия, а также их поведение в зависимости от типа коры выветривания.

Практическая значимость. Исследование состава и свойств красных ферраллитных почв республики Чад необходимо для пополнения знаний о них, поскольку изучению данных почв отводится слишком малое значение. Результаты работы могут быть использованы для разработки приемов рационального использования красных ферраллитных почв.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлены и доложены на ежегодных научно-пракгических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГАУ (2009, 2011).

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и приложений. Диссертация изложена на 119 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 3 рисунка. Список использованной литературы включает 160 наименований, в том числе 42 источника литературы на иностранных языках, из них 6 ссылок на электронные интернет - ресурсы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В ТРОПИЧЕСКОМ И БОРЕАЛЬНОМ ПОЯСАХ

В работе представлены материалы исследований о почвах двух стран и двух континентов - красные ферраллитные почвы республики Чад (Африка) и дерново-подзолистые почвы Российской Федерации (Европа). Рассмотрены вопросы, связанные с историей изучения тропических почв, детализацией сущности и механизмов преобразования горных пород и формирования кор выветривания в гумидных ландшафтах. Большое внимание уделяется факторам почвообразования и особенностям их проявления в тропиках, процессам почвообразования, строению и свойствам изучаемых почв, их морфологическим признакам. Особое внимание обращено на агрономическую оценку окультуренных пахотных почв и особенности сельскохозяйственного использования (подсечно-огневое земледелие в республике Чад).

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ: ЭКОЛОГИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Объектами исследований послужили красные ферраллитные и дерново-подзолистые почвы - пахотные (хорошоокультуренные и среднеокультуренные) и целинные (лесные). Образцы почв были отобраны в 2008 году в районе города Маро (8°27'N, 18°46'Е) - регион Сар республики Чад (Центральная Африка) и в деревне Черенцево (59°42'N; 32° 11 'Е), Киришского района Ленинградской области, Россия (Евразия).

Степень окулыуренности красных ферраллитных почв определялась по мощности, окраске и структуре гумусированной толщи, также учитывалась урожайность культур на данных почвах. Название горизонтов дерново-подзолистых почв приведены в соответствии с «Классификацией почв России» (2004). Красные ферраллитные почвы в литературе Ferralsols описаны как - Sols ferrallitiques rouges (Франция), Oxisols (США), Latossolos (Бразилия); Alitico, Ferritlco и Ferralitico (Куба) (WRB, 2006). Поскольку в Чаде не применяется World reference base for soil resources, в работе используется исключительно французская терминология в переводе на русский язык.

2.1.Условия образования красных ферраллитных почв и особенности их сельскохозяйственного использования в республике Чад. Красные ферраллитные почвы сформировались в однотипных геоморфологических условиях, на однородных почвообразующих породах, представляющих собой четвертичные отложения - элювий песков и песчаников. Древняя платформа сложена породами докембрия (кристаллическими сланцами, гнейсами). Республика Чад расположена к северу от экватора в тропической зоне. Климат ее континентальный, на севере - тропический пустынный, на юге - экваториально-муссонный. Характерны два главных типа растительного покрова: саванна и лес. Современное сельскохозяйственное производство Чада непостоянно и страдает от нехватки топлива и машин, плохих условий хранения, дефицита удобрений, незаконного их вывоза в соседние страны.

2.2. Условия почвообразования дерново-подзолистых почв России. Дерново-подзолистые суглинистые почвы сформированы на однородной почвообразующей породе, представленной моренными слабокаменистыми бескарбонатными суглинками, расположенными на одинаковых уровнях сглаженных моренных увалов. Коренные породы - зеленые кембрийские глины. Климат умеренно континентальный. Зональный тип растительности - смешанные леса.

2.3. Характеристика морфологического строения почв

Красные ферраллитные почвы. Морфологические строение генетического профиля имеют характерные для данного типа почв черты: красные тона окраски почвенных горизонтов при более темном тоне поверхностного гумусово-аккумулятивного горизонта, большая общая мощность почвенного профиля. Размытость границы между почвой и корой выветривания и постепенный переход между горизонтами; облегченный гранулометрический состав верхней части профиля, высокая пористость. Метаморфический генетический тип профиля связан с формированием на определенной глубине оксидного горизонта В.

Дерново-подзолистые почвы. Строение профиля типично для почв данного генезиса и характеризуется наличием лесной подстилки (А0), различным по мощности гумусово-аккумулятивном горизонтом (А;) и подзолистым горизонтом (А2), различающимися по плотности сложения. Морфологическое строение профиля свидетельствует о сопряженном протекании в лесной почве дернового и подзолистого процессов.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В полевых условиях произведено морфологическое описание профилей изучаемых почв. В целях изучения генетической характеристики почв в среднесмешанных образцах, отобранных погоризонтно, определялись: валовой химический состав почв на анализаторе «TEFA>y, гранулометрический состав по методике Н.А. Качинского; аморфное железо и алюминий по Тамму; несиликатное железо по Мера-Джексону; силикатный алюминий по разности между валовым содержанием А1 и его количеством, переходящим в вытяжку 1н. NaOH (по Дюшофуру - Сушье).

В лабораторных условиях при определении основных физико-химических и агрохимических показателей использованы стандартные методики (Аринушкина, 1970, Александрова, Найденова, 1986, Минеев, 2001). Аналитическая повторность 3-х кратная, вычислялись коэффициенты линейной корреляции (г). Статистическую обработку выполняли с помощью программы Microsoft Office Excel.

ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ И АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВ ГУМИДНЫХ ЛАНДШАФТОВ НА ПРИМЕРЕ КРАСНЫХ ФЕРРАЛЛИТНЫХ И ДЕРНОВО-

ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ 4.1. Гранулометрический состав. Исследуемые почвы обладают суглинистым, с незначительным утяжелением по профилю, гранулометрическим составом.

Таблица 1 - Гранулометрический состав красных ферраллитных почв, %

Почва

Глубина, см

10,25

0,250,05

0,050,01

0,010,005

0,0050,001

< 0,001

0-25

27,4

29,4

15,8

2,7

4,2

20,5

25-46

21,8

28,6

19,8

4,5

5,8

19,5

Хорошо-окультуренная

46-88

17,3

21,8

22,9

4,3

5,0

28,7

114

15,2

19,2

21Д

5,3

2,6

36,6

0 - 17

23,8

31,1

13,1

2А.

8,8

15,3

17-35

19,3

28,1

12,6

6,4

7,1

26,5

Средне-окультуренная

35-50

15,2

19,5

16,4

5,3

8,0

35,6

50-72

М.

18,8

21,8

4,8

5,9

38,9

0-3

25,8

27,5

20,1

4,2

8,2

14,2

3-19

22,7

24,8

24.6

3,7

ТА.

16,6

19-32

18,3

18,6

21,8

6,8

111.

22,8

Лес

32-60

14,5

16,4

24,4

5,1

8,7

30,9

60 -125

11,8

19,3

17,1

3,9

10,5

37,4

Гранулометрический анализ красных ферраллитных почв выявляет дифференциацию почвенного профиля на две зоны: верхнюю, с преобладанием фракции крупного и мелкого песка (47,4 - 56,8%) и нижнюю, - обогащенную физической глиной (32,0 -51,8%), основным компонентом которой является фракция ила (табл. 1). Красные ферраллитные почвы сформировались на корах выветривания песчаников. В соответствии с этим, данные почвы характеризуются легко- и среднесуглинистым гранулометрическим составом.

Таблица 2 - Гранулометрический состав дерново-подзолистых почв, %

Почва Глубина, см 10,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 < 0,001 < 0,01

Хорошо-окультуренная 0-32 1,38 69,09 6,06 4,03 10,33 9,11 23,50

32-34 0,78 73,56 7,05 3,33 7,06 8,22 18,61

34-71 0,46 75,48 2,94 3,89 8,56 8,67 21,12

71-110 1,82 59,02 1,05 4,28 15,00 18,83 38,11

Средне-окультуренная 0-32 1,96 64,16 12,11 6,94 8,33 6,50 21,77

32-59 0,88 60,34 17,61 2,94 10,06 8,17 21,17

59-89 0,67 64,33 14,83 2,72 9,17 8,28 20,17

89-110 0,66 36,72 15,06 13,06 14,56 19,94 47,56

Лес 4-18 5,66 48,39 19,33 14,67 6,67 5,28 26,62

18-27 0,78 64,00 2,44 10,56 15,22 7,00 32,78

27-60 2,49 64,24 6,22 5,44 3,39 18,22 27,05

Для дерново-подзолистых почв характерно обогащение профиля мелким песком (фракция частиц 0,25 - 0,05 мм) и неравномерное распределение ила по профилю. Данные таблицы 2 показывают отчетливую закономерность - верхние горизонты обеднены илом, нижние обогащены этой фракцией.

4.2. Валовой химический состав. Валовой химический состав красных феррал-литных почв Республики Чад и дерново-подзолистых почв России определяется особенностями формирования кор выветривания и процессов почвообразования.

Таблица 3 - Валовой химический состав исследуемых почв, %

Почва Горизонт Глубина, см ЭЮг Ре203 А1203 ЭЮ2 БЮ2 А120з

А1203 Рс203 Ре203

Красная ферраллитная почва

Хорошо- АТ^Т 'ттг ТТ »ПРТТТТО ГТ Аь 0-25 64,80 2,50 7,50 14,69 69,12 25,92

АВьт 25-46 63,34 2,60 12,08 8,91 64,96 24,36

Вт 46-88 60,48 4,20 25,76 3,99 38,40 14,40

В 88-114 54,12 4,80 30,63 3,00 30,07 11,28

Средне-окультуренная Аь 0-17 65,63 3,20 11,40 9,79 54,69 20,51

АВ^ 17-35 63,70 3.80 18,60 5,82 44,70 16,76

ВщРе 35-50 55,98 5,60 20,50 4,64 26,66 10,00

Вре 50-72 49,50 8,20 27,90 3,02 16,10 6,04

Лес А 3 -19 66,73 4,21 17,37 6,53 42,27 15,85

АВ 19-32 59,82 6,20 25,01 4,07 25,73 9,65

Вре1 32-60 57,64 6,32 28,74 3,41 24,32 9,12

Вр,2 60 -125 46,83 5,40 27,25 2,92 23,13 8,67

Дерново-подзолистая почва

Хорошо-оку лиуренная Р 0-32 74,60 1,50 7,10 17,86 132,62 7,42

АУЕЬ 32-34 77,60 1,30 6,80 19,40 159,18 8,21

ВЕЬ 34-71 74,40 1,50 5,80 21,81 132,27 6,07

ВТ 71 - 110 68,40 4,90 13,10 8,88 37,22 4,19

Средне-окультуренная Р 0-32 76,20 1,40 7,00 18,51 145,14 7,84

АУЕЬ 32-59 78,00 1,40 7,20 18,42 148,57 8,07

ВЕЬ 59-89 77,10 2,80 9,60 13,65 73,43 5,38

ВТР 89-110 65,20 5,20 13,60 8,15 33,44 4,10

Лес АУ 4-18 68,10 1,10 8,40 13,78 165,09 11,98

ВЕЬ 18-27 76,30 2,70 8,70 14,91 75,36 5,05

втй 27-60 81,40 2,60 8,40 16,47 83,49 5,07

Для дерново-подзолистых почв данные валового химического анализа показывают перераспределение алюмосиликатной части профиля: вынос из верхних горизонтов А1203 и Ре203 и накопление их в нижележащих иллювиальных горизонтах (табл. 3). Профиль имеет дифференциацию молекулярных отношений ЗЮ^ЯгОз, постепенно уменьшающихся с глубиной, с четким минимумом в иллювиальном гори-

зонте. Наибольшее накопление оксидов железа и алюминия приходится на горизонт ВТ.

В красных ферраллитных почвах, полуторные оксиды распределяются по профилю по элювиально-иллювиальному типу. Наименьшее содержание оксидов А1 и Бе отмечается в поверхностных горизонтах (минимальное в пахотном слое окультуренных почв - 7,5 - 11% и 2,5 - 3,2% соответственно). Затем их количество резко увеличивается и достигает максимума в нижней части горизонта В (до 30% А1 и 8% Ре). Подобный характер распределения полуторных оксидов встречается во всех почвах и связан, по-видимому, с перераспределением илистой фракции по профилю красных ферраллитных почв. При распределении вниз по профилю, как алюминий, так и железо выщелачиваются из самых верхних горизонтов. Поверхностные горизонты относительно обедненыТегОз, содержание которого минимально в пахотном слое окультуренных красных ферраллитных почв. Ниже по профилю количество оксидов и гидро-ксидов железа заметно повышается.

4.3. Состав обменных катионов и кислотные свойства почв. Почвенные процессы, обусловливающие формирование красных ферраллитных почв и дерново-подзолистых почв в условиях гумидного климата, образуют своеобразные физико-химические свойства. В ферраллитных почвах меньше, чем в почвах умеренных широт, накапливается обменных катионов Са2+ и и больше обменных катионов А1 иН^

Таблица 4 - Кислотные свойства почв гумидных ландшафтов

Почва С а2+ |МЙ2+ |1Г+АГ|Нг рНкс!

ммоль/100 г

Красная ферраллитная почва

Хорошоокультуренная Аь (0-25) 7,00 2,00 0,07 1,23 4,66

Среднеокультуренная А,, (0-17) 5,00 2,80 0,06 1,58 5,77

Лес А (3-19) 0,72 0,20 7,54 4,84 4,70

Дерново-подзолистая почва

Хорошоокультуренная Р (О - 32) 13,65 2,44 0,39 1,56 6,55

Среднеокультуренная Р (0 - 32) 11,51 4,55 0,60 2,76 5,84

Лес АУ(4-18) 7,54 2,53 6,88 26,26 3,41

Кислотные свойства исследуемых почв представлены в таблице 4.

Красные ферраллитные почвы характеризуются среднекислой реакцией, рН в них изменяется от 4,70 до 4,87. Наиболее кислой является целинная почва, в окультуренных разновидностях величины обменной кислотности снижены, особенно это характерно для окультуренной почвы под культурой батата, в 17 сантиметровом слое которой рНКа равен 5,8.

Дерново-подзолистые почвы характеризуются реакцией близкой к нейтральной (табл. 4), что связано с процессами окультуривания и систематическим внесением органических удобрений и известкованием. В хорошоокулыуренпой дерново-подзолистой почве в пахотном горизонте рНка равен 6,55, в среднеокультуренпой -

5,84. В почве леса реакция в верхней части профиля сильно кислая (рН 3,41), вниз по профилю она становится среднекислой.

В окультуренных почвах гидролитическая кислотность колеблется в пределах 1,56 - 2,76 ммояь/100 г почвы в пахотных горизонтах, с увеличением в субэлювиальных горизонтах. Наибольшими значениями гидролитической кислотности характеризуется целинная лесная почва (26 ммоль/100 г). Красные ферраллитные почвы характеризуются более низким значением гидролитической кислотности, и наличием в составе обменных катионов водорода и алюминия.

4.4. Валовое содержание фосфора и калия и их подвижных соединений. В красных ферраллитных почвах аккумулируется очень низкое количество подвижных соединений фосфора (0,76 - 1,07 мг/100 г). Верхние слои окультуренных почв содержат больше подвижных соединений фосфора; вниз же по профилю почвы содержание их уменьшается. Это объясняется тем, что в 1умусированных горизонтах фосфор закрепляется в виде органических фосфатов и поглощается корневой системой. Красные ферраллитные почвы Чада испытывают дефицит валового и подвижного калия (1,21 - 2,50 мг/100 г почвы). Валовое содержание фосфора в дерново-подзолистых почвах невелико (0,05 - 0,1%) и фосфатный режим в значительной степени зависит от реакции почвенного раствора и содержания подвижных форм полуторных оксидов. Содержание обменного калия является наиболее высоким в хорошоокудьтуренных дерново-подзолистых почвах - 38 мг К20 на 100 г в пахотном слое

ГЛАВА 5. СОДЕРЖАНИЕ ГУМУСА, АЗОТА И ФРАКЦИОННО-ГРУППОВОЙ СОСТАВ ГУМУСА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ И КРАСНЫХ ФЕРРАЛЛИТНЫХ ПОЧВАХ 5.1. Содержание и запасы гумуса и азота. Оценка гумусного состояния почв, предложенная Д.С. Орловым и Л.А. Гришиной (1978) производится по величинам содержания гумуса, его запасам, групповому и фракционному составу, содержанию азота, типу гумуса. Данные о содержании гумуса в профиле изучаемых почв приведены на рисунке 1.

0,5 0,8

Р 1. Хорошоокультуренная Р 2. Среднеокультуренная Р 3. Лесная почва

почва

Рис. 1. Содержание гумуса в профиле красных ферраллитных почв

Красные ферраллитные почвы, сформированные на корах выветривания из песчаников, характеризуются крайне низкой гумусированностью. Содержание гумуса в целинной разновидности в слое 0 - 3 см равно 1,18%. Вниз по профилю количество его резко падает и достигает на глубине 19 см - 0,54%. В более глубоких горизонтах этой почвы оно еще более низкое (0,28%). Наибольшие запасы его в слое 0 - 25 см характерны для хорошоокультуренной почвы, они составили 47,9 т/га. Среднеокулиу-

ренная почва аккумулирует гумуса в 2 раза меньше - 22,9 т/га. Масса гумуса в целинном варианте значительно уступает первым двум (11,4 т/га). Изучаемые почвы по запасам гумуса относятся к очень низко обеспеченным (< 50 т/га в слое 0-25 см).

Данные о содержании гумуса в дерново-подзолистых почвах Ленинградской области представлены на рисунке 2. Целинная лесная почва содержит 11,8% гумуса (6,8% С), который сосредоточен в незначительном по мощности серо-гумусовом горизонте (4-18 см). С глубиной его содержание резко падает. Тип профиля - грубогу-мусовый. Запасы гумуса в слое 0 - 25 см составили 130,5 т/га. Распашка целинных почв приводит к формированию пахотного слоя, превосходящего по мощности серо-гумусовый горизонт. В результате этого исходное содержание органического вещества перераспределяется в большей по мощности толще. Кроме того, ежегодные обработки способствуют улучшению аэрации пахотного слоя, активизации микробиологической активности и, тем самым, усилению минерализации гумуса.

Р 4. Хорошоокультуренная Р 5. Среднеокультуренная Р 6. Лесная почва почва почва

Рис. 2. Содержание гумуса в профиле дерново-подзолистых почв

Таблица 5 - Содержание общего азота, углерода и насыщенность гумуса азотом

в почвах гумидных ландшафтов

Почва С общ | N вал

%

Красная ферраллитная хорошоокультуренная, Аь (0 - 25) 1,01 0,08 12,63

Красная ферраллитная среднеокультуренная, Аь(0 - 17) 0,52 0,06 8,67

Красная ферраллитная, лес, А (3 -19) 0,31 0,07 4,43

Дерново-подзолистая хорошоокультуренная, Р (0 - 32) 1,89 0,25 7,56

Дерново-подзолистая среднеокультуренная, Р (0 - 32) 1,07 0,18 5,94

Дерново-подзолистая, лес, АУ (4-18) 6,83 0,29 23,45

Полученные данные о содержании азота в изучаемых почвах представлены в таблице 5. Как видно из этой таблицы, количество его в пределах исследуемых профилей почв сильно различается (0,06 - 0,29 %). Наибольший запас азота в красных ферраллитпых почвах в слое 0 - 25 см имеет целинная почва леса - 2,81 т/га, в слое 0 - 50 см - 4,08 т/га. Это низкие и очень низкие для почв данного типа запасы. В хоро-шоокультуренной почве запасы азота составили 2,31 т/га, (в слое 0 - 50 см — 3,77 т/га). В среднеокультуренной почве разреза 2 - запасы азота составили 2,09 т/га, (в слое 0 - 50 см - 4,37 т/га). По запасам азота данные почвы приближаются к подзолистым и сероземным почвам. Максимальным количеством азота характеризуется сред-

неокультуренная почва - 4,37 т/га. Несмотря на это, такого количества азота недостаточно, чтобы сформировать высокое эффективное плодородие. Запасы азота в гумусовом горизонте дерново-подзолистых почв по данным М.В. Васильева (2011), составили для целинной лесной почвы - 3,13 т/га, для хорошоокультуренной почвы - 9,0 т/га, для среднеокультуренной - 6,0 т/га. Окультуренные дерново-подзолистые почвы характеризуются гумусом с высокой обогащенностью азотом (С : N < 8), лесная почва - очень низкой, отношение С : N в гумусовом горизонте составили 23,45. Таким образом, почвы, сформированные в гумидных ландшафтах, имеют низкое содержание гумуса и валового азота, обусловленное в одном случае, высокой биологической активностью и связанной с этим большой минерализацией органических остатков, с другой стороны потери азота связаны с нисходящей миграцией в нижележащие горизонты.

5.2. Групповой и фракционный состав гумуса. Состав гумуса тропических почв характеризуется рядом специфических особенностей, отличающих их от других типов почв, и, несомненно, связанных с биоклиматическими условиями, в которых они формируются (Эбарра, 1995, Орлова с соавт, 2007). Прежде всего, необходимо отметить практически полную растворимость гумуса в процессе фракционирования, которая достигает 96% от общего С. Таким образом, все органическое вещество, содержащееся в почве, представлено практически исключительно гумусовыми кислотами.

Качественный состав гумуса всех красных ферралпитных почв характеризуется низким содержанием гуминовых кислот и преобладанием по профилю фульвокислот (Чернов с соавт., 2009) Только в пахотном горизонте хорошоокультуренной почвы содержание гуминовых кислот увеличивается, составляя до 37% от общего количества углерода (табл. 6). Среднеокультуренная красная ферраллитная почва содержит 36% гуминовых кислот. Минимальное содержание гуминовых кислот в составе общей массы гумуса (16,6%) характерно для красной ферраллитной лесной почвы.

Окультуренные почвы характеризуются гуматно-фульватным типом гумуса (Сгк:Сфк = 0,60 - 0,63), целинная лесная почва - фульватным (Сгк:Сфк = 0,26). Среди гуминовых кислот полностью три фракции выделены только в красной ферраллитной хорошоокультуренной почве. Большую часть из них занимает фракция 2, связанная преимущественно с кальцием (42%), затем идет фракция 1, свободные гуминовые кислоты (34%) и на долю третьей фракции приходится 24% от всех гуминовых кислот данной почвы. В составе фульвокислот во всех почвах преобладающей фракцией является фракция 1, наибольшее ее количество в хорошоокультуренной почве (40% от общего С). В работах И. Силла (1993) и С. Эбарра (1995) данный факт объясняется тем, что сохранение этой фракции в ферраллитных почвах связано с нерастворимостью ее в кислых растворах. Доля «агрессивных» фульвокислот - фракция 1а - высока только в лесной почве (9,8% от С0бщ). Во вторую фракцию фульвокислот (ФК-2) входят фульвокислоты, извлекаемые непосредственно щелочной вытяжкой, а также фульвокислоты, связанные с кальцием и растворимые в щелочи только после декаль-цирования почвы. Данная фракция не обнаружена в окультуренных почвах, в целинной почве содержание ее доволько высокое (17% от общего С). Третья фракция фульвокислот обнаружена во всех изученных нами почвах, ее содержание изменяется мало и составляет в среднем 14,5% от общего С.

Таблица 6 - Групповой и фракционный состав гумуса исследуемых почв*

Почва Гумус. % Собш» % Фракция ГК Фракция ФК ГК/ фк н/о

1 2 3 V 1а 1 2 • 3 2

Красная ферраллитная хорошоокультуренная Аь (0 — 25) 1,74 1,07 0,13 0,17 0,10 0,40 0,05 0,43 0 0,15 0,63 0,63 0,04

12,34 15,93 9,0 37,35 4,32 40,09 0 14,47 58,88 3,78

Красная ферраллитная среднеокультуренная А» (0-17) 0,90 0,52 0,08 0,11 0 0,19 0,03 0,21 0 0,08 0,31 0,61 0,02

14,54 21,81 0 36,35 5,08 39,62 0 14,54 59,23 4,42

Красная ферраллитная, лес А(3-19) 1,18 1,02 0,10 0 0,07 0,17 0,10 0,20 0.18 0,15 0,63 0,26 0,22

9,80 0 6,80 16,60 9,80 19,60 17,6 14,70 61,70 21,60

Дерново-подзолистая хорошоокультуренная Р (0 - 32) 3,20 1,89 0,32 0,12 0,18 0,62 0,15 0,09 0,06 0,23 0,53 1,16 0,74

16,80 6,60 9,30 32,70 7,90 5,00 ЗЛО 12,10 28,10 39,20

Дерново-подзолистая среднеокультуренная Р (0 - 32) 1,80 1,07 0,28 0,01 0,18 0,47 0,06 0,10 0,14 0,15 0,45 1,04 0,15

26,20 1,00 16,80 44,00 5,60 9,40 13,10 14,00 42,10 13,90

Дерново-подзолистая, лес АУ(4- 18) 11,8 6,83 2,42 0 0,53 2,95 0,33 0,69 0.64 0,92 2,53 1,1 1,30

35,40 0 7,70 43,10 4,80 10,20 9,40 13,50 37,90 19,00

в числителе - углерод в % к почве, в знаменателе — углерод в % к С„бщ.

Несмотря на то, что в окультуренных красных ферраллитных почвах суммарное содержание фульвокислот остается на уровне целинной лесной почвы, увеличивается количество гуминовых кислот 1 фракции, а также появляются ГК-2. Состав гумуса изменяется от фульватного в почве леса до гуматно-фульватного - в окультуренных почвах.

Характерной особенностью хорошоокультуренных дерново-подзолистых почв является возрастание в составе гумуса доли негидролизуемого остатка (Пономарева, Плотникова, 1980). В пахотной почве, по сравнению с целинной она возросла с 19 до 39,2%, что связано с внесением в почву с органическими удобрениями полугумифи-цированных веществ, прочно связанных с минеральной частью почвы и трудно извлекаемых при химической обработке.

Генетическим признаком дерново-подзолистых почв является доминирование в составе гуминовых кислот первой фракции - «бурых» гуминовых кислот (БГК) (Пономарева, Плотникова, 1980). В серогумусовом горизонте целинной почвы содержание этой фракции равно 35,4 % от СоВщ. На долю гуминовых кислот фракции 3 приходится 7,7 % от С0бщ. Гуминовые кислоты фракции 2 не были обнаружены. Состав гумуса фульватно-гуматный, отношение Сгк:Сфк = 1,1. В окультуренных дерново-подзолистых суглинистых почвах фракционно-групповой состав изменяется мало и не выходит за рамки типа гумусообразования, обусловленного биотермическим режимом, оставаясь фульватно-гуматным.

ГЛАВА 6. СОДЕРЖАНИЕ ГРУПП И ФОРМ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА И АЛЮМИНИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ И КРАСНЫХ ФЕРРАЛЛИТНЫХ

ПОЧВАХ

6.1. Содержание и распределение групп и форм соединений железа. Важной генетической характеристикой лочв является поведение железа в профиле, распределите групп и форм соединений железа.

Во всех анализируемых разрезах красных ферраллитных почв Республики Чад отмечается элювиально-иллювиальный тип распределения всех форм железа. К наиболее активным формам Fe относят несиликатные (свободные) формы, способные мигрировать по почвенному профилю (Зонн, 1982). Характер их распределения в профиле окультуренных красных ферраллитных почв аналогичен распределению валового железа и имеет четкий поверхностный минимум. Соотношение двух основных групп соединений железа, характеризующих степень выветривания почвенной толщи и характер почвообразования, имеет следующую закономерность. В пахотных горизонтах силикатное железо, прочно связанное в минералах, превосходит по количеству свободные формы, их соотношение выше единицы. В хорошоокультуренной почве данный коэффициент составляет 1,21, в слабоокультуренной -1,29 (табл.7).

Ведущую роль среди свободных форм железа играют окристаллизованные формы соединений. В окультуренных почвах эти формы соединений Fe преобладают в средней части профиля, составляя более 50% от валового содержания. Аморфные формы соединений содержатся в незначительных количествах (максимальное значение обнаружено в среднеокультуренной почве - 4,06% от валового железа).

В пахотных горизонтах почв содержание аморфных соединений возрастает в связи с образованием органо-минеральных комплексов, содержащих железо. Высокие температуры, хорошая аэрация почв, окислительные условия, периодическое иссушение благоприятствуют кристаллизации аморфных форм и переходу их в окристаллизованные. В красной ферраллитной типичной почве леса содержание аморфных форм

железа минимальное и не превышает 2% от валового содержания. Распределение ок-ристаллизованных соединений равномерно по всему профилю и составляет от 40 до 34% от валового содержания железа.

Таблица 7 - Содержание соединений железа в почвах гумидных ландшафтов

Ре203 в % от валового содержания

Почва. Гори- сили- несили- амор- окристал- Кш

зонт катное катное фное лизованное Fe.ii / Ре^1

Ие,,, Генк - Репч|

Красная ферраллитаая почва

Хорошокульту-ренная А„ 54,80 45,20 3,60 41,60 0,08 1,21

АВьт 50,38 49,62 2,92 46,69 0,06 1,02

в„ 44,29 55,71 1,62 54,10 0,03 0,79

В 40,63 59,38 1,02 58,35 0,02 0,68

Среднеокульту-ренная Аь 56,25 43,75 л пл 39,69 ппа 1,29

43,42 56,58 2,37 54,21 0,04 0,77

39,29 60,71 0,80 59,91 0,01 0,65

В,. 36,59 63,41 0,37 63,05 0,01 0,58

Лес А» 57,70 42,30 1,82 40,48 0,04 1,36

А 60,10 39,90 1,33 38,57 0,03 1,51

АВ 64,52 35,48 0,87 34,61 0,02 1,82

Вне! 64,08 35,92 0,95 34,97 0,03 1,78

Врс2 61,11 38,89 0,67 38,22 0,02 1,57

Дерново-ползолистая почва

Хорошокульту-ренная Р, 74,71 25,29 12,70 12,59 0,50 2,95

Р3 76,00 24,00 12,70 11,30 0,53 3,17

АУЕЬ 76,10 23,90 8,50 15,40 0,36 3,18

ВЕЬ 67,30 32,70 9,30 23,40 0,28 2,06

ВТ 79,30 20,70 6,10 14,60 0,29 3,83

Среднеокульту-ренная Р, 66,00 34,00 16,00 18,00 0,47 1,94

?2 63,60 36,40 10,70 25,70 0,29 1,75

АУЕЬ 45,70 54,30 13,60 40,70 0,25 0,84

ВЕЬ 58,90 41,10 12,10 29,00 0,29 1,43

ВТ, 85,00 15,00 8,50 6,50 0,56 5,67

Лес АУ 71,80 28,20 20,90 7,30 0,74 2,55

ВЕЬ 92,20 7,80 9,20 1,40 1,18 11,82

ВТя 75,00 25,00 13,90 11,10 0,55 3,00

Соединения железа в дерново-подзолистых почвах являются индикаторами состояния ландшафтной физико-химической обстановки и характеризуют направление почвообразовательного процесса. Валовое содержание железа в исследуемых почвах колеблется в пределах от 1,1 до 5,2%.

Почвы среднеожелезненные, развитие оксидогенеза оцениваемое в почве по отношению Ре<ш/ Ре,ш для выбранных объектов составляет 0,26 - 0,35 и характеризуется как умеренно низкое. Показатель накопления железа в почвах носит сильноаккумулятивный характер (ЯС > 0,60) (Шабанов, 2007). Дерново-подзолистые пахотные почвы слабо дифференцированы по содержанию несиликатного и аморфного железа.

6.2. Содержание и распределение групп и форм соединений алюминия. Во всех изученных образцах почв алюминий находится главным образом в силикатах (более 78,27% от валового). Наибольшее его количество выявлено в красной феррал-литной почве леса, а наименьшее в красной ферраллитной хорошоокультуренной почве под культурой арахиса. Содержание свободного алюминия варьирует. Минимальное его значение обнаружено в почве леса - 9,54% от валового, максимальное значение 21,73% в пахотном горизонте хорошоокультуренной почвы. Литературные

данные показывают, что высокое содержание несиликатного алюминия обусловлено, прежде всего, интенсивностью выветривания в кислой среде, при хорошем дренаже и наличии обильных быстроразлагающихся растительных остатков (Гахамани, 1978; Зоны, Гахамани, 1981; Зонн, Травлеев, 1992). В красных ферраллитных почвах Чада невысокое содержание несиликатных соединений алюминия связано, по-видимому, с преобладанием в их минералогическом составе каолинита (KarpofF, Bocquier, Isnard, Tardy, 1973).

Увеличение содержания несиликатного алюминия с глубиной указывает па выщелачивание подвижных форм соединений алюминия из верхних горизонтов. Наиболее интенсивно этот процесс протекает в красной ферраллитной хорошо окультуренной почве разреза 1.Среди свободных форм преобладающей является окристаллизо-ванная. В хорошоокультуренной почве ее содержится не менее 81,6% от несиликатного алюминия и 17,7% от валового. В среднеокультуренной красной ферраллитной почве содержится также не менее 81% от несиликатного алюминия и 13,7% от валового.

В дерново-подзолистой почве леса Киришского района силикатные формы соединений алюминия преобладают над несиликатными. При этом обнаружена прямая корреляционная зависимость между содержанием несиликатных форм соединений алюминия и рН (г = 0,74). Поступающие из гумусовых горизоотов и органогенного горизонта (лесная почва) гумусовые кислоты активно воздействуют на силикатные минералы, тем самым связывают алюминий в органоминеральные комплексы, и в условиях свободного дренажа (промывного типа водного режима) выносятся в нижележащие горизонты (Шабанов, Плылова, 2006).

Содержание различных форм соединений алюминия в лесной почве неравноценно. Так, аморфные формы соединений преобладают, отношение А!™ : ил = > 1, указывает на их совместную миграцию (при г = 0,65), корреляционная зависимость наблюдается также с реакцией среды (г = 0,60). Окристаллизованньте формы соединений алюминия составляют от 3 до 25% от валового содержания алюминия, с минимальным содержанием в иллювиально-текстурном оглеенном горизонте. Корреляционная зависимость наблюдается между содержанием окристаллизованных и несиликатных форм соединений (г = + 0,69).

Характер их распределения по профилю различен: в целинных почвах и в хоро-шоокулыуренных - элювиально-иллювиальное, а в среднеокультуренной почве - более сложное с увеличением в горизонте AYEL и дальнейшей аккумуляцией в нижней части профиля. На фоне слаборазвитого оглеения сильнее проявляется подзолистый процесс, и накопление несиликатного алюминия может быть его следствием, тем более что такое распределение связано главньм образом с окристаллизованными формами. Окристаллизованных форм соединений алюминия в дерново-подзолистых почвах содержится: в целинных лесных 2,11%, в пахотной хорошоокультуренной почве 1,64%, а в среднеокультуренной почве 1,25%.

В среднеокультуренной почве наблюдается высокое содержание силикатного алюминия по всему почвенному профилю. Содержание несиликатных форм соединений алюминия различно, из них преобладают по массе - окристаллизованные формы. Соотношение количества окристаллизованных и аморфных соединений алюминия соответствует усилению влияния окислительных условий в верхних горизонтах почв. При этом отмечена корреляционная зависимость между содержанием 1умуса и несиликатными формами соединений г = 0,60 (причем между окристаллизованными фор-

мами и содержанием гумуса она составляет 0,70) и между рН и несиликатными формами (г = 0,50).

Присутствие алюминия в достаточно большом количестве в разных формах в почвах, участие его в элементарных почвообразовательных процессах, изменение его поведения в зависимости от условий среды, и влияние на рост и развитие растений предопределяют большой интерес к нему исследователей и позволяет использовать его в качестве диагностического показателя при выяснении классификационного положения почв. Однако накоплено недостаточное количество фактического материала об участии алюминия в почвенных процессах тропических почв и почв умеренной зоны, о трансформации его соединений при антропогенном воздействии различной интенсивности на почвы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Изучаемые красные ферраллитные и дерново-подзолистые почвы характеризуются типичным для них составом и свойствами. Реакция в лесных почвах изменяется от сильнокислой в дерново-подзолистой (рНка 3,41) до среднекислой в красной фер-раллитной (рНка 4,80). Реакция в окультуренных разновидностях в дерново-подзолистых почв и среднеокультуренной красной ферраллитной почве является близкой к нейтральной (рНКа 6,55, 5,84 и 5,77 соответственно), в красной ферраллитной хорошоокультуренной - среднекислой (рНка 4,66).

Гидролитическая кислотность в красной ферраллитной почве леса изменяется от 6,60 до 10,8 ммоль/100 г. Наибольшие ее величины характерны для лесной дерново-подзолистой почвы (26,2 ммоль/100 г). В окультуренных красных-ферраллитных почвах значения гидролитической кислотности снижены (1,23 - 7,0 ммоль/100 г), особенно в верхних гумусовых горизонтах. Емкость катионного обмена в дерново-подзолистых почвах более высокая (16 ммоль/100 г почвы), чем в красных-ферраллитных почвах (9,07 - 7,86 ммоль/100 г почвы). Среди обменных катионов преобладают Са2+ и

2. Гранулометрический состав дерново-подзолистых почв является легкосуглинистым, в нижней части профиля - средпесуглинистым; красные ферраллитные почвы обладают легкосуглинистьм, с незначительным утяжелением по профилю, гранулометрическим составом.

3. Данные валового анализа дерново-подзолистых почв указывают на перераспределение алюмосиликатной части профиля: вынос из верхних горизонтов Л1203 и Бе20з и накопление их в нижележащих иллювиальных горизонтах. Полуторные оксиды красных ферраллитных почв также распределяются по профилю по элювиально-иллювиальному типу. В изучаемых красных ферраллитных почвах невысокое содержание железа (2,5 - 8,2%) вызвано их опесчаненностыо и глубокой аллитизацией исходной коры выветривания (преобладанием А1203 над Ре203). Валовое содержание железа в дерново-подзолистых почвах колеблется от 1,1 до 5,2%. Содержание кальция и магния в красных ферраллитных почвах очень низкое (0,02 - 0,10%), оно значительно ниже, чем в дерново-подзолистых почвах (0,5 -1,00%).

4. Красные ферраллитные почвы имеют очень низкую обеспеченность основными элементами питания - азотом, фосфором и в особенности калием и запасы их в слоях 0 - 20, 0 - 50 см незначительны. Дерново-подзолистые почвы имеют лучшую обеспеченность азотом и фосфором, в них высокие запасы калия.

5. Особенностью всех исследованных почв является слабая гумификация гумуса. Содержание гумуса не превышает 2% в красных-ферраллитных почвах и 3,2% в дер-

ново-подзолистых почвах. Групповой и фракционный состав тумуса красных-ферраллитных почв отличается высокой (80 - 95%) растворимостью гумуса. В окультуренных почвах суммарное содержание фульвокислот остается на уровне целинной почвы, но увеличивается количество гуминовых кислот 1 фракции, а также появляются ГК-2. Состав гумуса изменяется от фульватного в почве леса до гуматно-фульватного - в окультуренных почвах.

В дерново-подзолистых почвах возрастает доля негидролизуемого остатка: в хо-рошоокультуренной почве, по сравнению с целинной она увеличена с 19,0 до 39,2%, что связано с почвообразовательным процессом и внесением в почву с органических удобрений. В составе гуминовых кислот хорошоокультуренных почв появляются ГК-2. Однако состав гумуса не выходит за рамки фульватно-гуматного типа.

6. В процессе окультуривания красных ферраллитных почв изменяется соотношение силикатных и свободных форм железа. В целинной почве силикатное железо, прочно связанное в минералах, превосходит по количеству свободные формы, их соотношение выше единицы. Антропогенная нагрузка и окультуривание приводят к увеличению содержания аморфных форм. Дерново-подзолистые пахотные почвы слабо дифференцированы по содержанию несиликатного и аморфного железа.

7. Во всех изученных образцах красных ферраллитных почв алюминий находится главным образом в силикатах, наибольшее его количество выявлено в красной фер-раллитной почве леса (82,63% от валового содержания). В дерново-подзолистой лесной почве преобладают несиликатные соединения алюминия (56,19% от валового содержания), в окультуренных вариантах содержание силикатных форм увеличивается, достигая 77,08% в горизонте AYEL.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Хисен Мискин Кафине. Изменение физико-химических свойств красных ферраллитных почв Республики Чад в процессе окультуривания // Известия СПбГАУ, 2009. № 15. - С. 11 -16.

2. Хисен Мискин Кафине. Кислотно-основные свойства красных ферраллитных почв Республики Чад // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования. Сб. научных трудов. СПбГАУ, 2009. - С. 152 - 155.

3. Хисен Мискин Кафине. Сравнительная характеристика почв гумидных ландшафтов на различных корах выветривания // Материалы Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» / Под ред. Б.Ф. Апарина. - СПб.: Изд-во СПбГУ, 2011. - С. 96 - 97.

4. Хисен Мискин Кафине, Чернов Д.В., Сравнительная характеристика почв гумидных ландшафтов на различных корах выветривания на примере форм соединений железа Н Известия СПбГАУ, 2010. № 19. - С. 110 - 115.

5. Чернов Д.В., Хисен Мискин Кафине, Плылова И.А. Влияние окультуривания на содержание и состав гумуса в красных ферраллитных почвах Республики Чад // Гумус и почвообразование. СПбГАУ, 2009. - С. 75 - 78.

6. Чернов Д.В., Хисен Мискин Кафине. Содержание соединении алюминия в красных ферраллитных почвах Республики Чад // Известия СПбГАУ, 2010. № 21. - С. 66 - 70.

Подписано в печать 21.12.2011 Формат 60x90 V16 Печать трафаретная. 1,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз.

_Заказ №11/12/19_

Отпечатано с оригинал-макета заказчика в НП «Институт техники и технологий» Санкт-Петербург-Пушкин, Академический пр., д.31, ауд. 715

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Хисен Мискин Кафинс, Санкт-Петербург - Пушкин

61 12-3/465

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Хисен Мискин Кафине

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ГУМИДНЫХ ЛАНДШАФТОВ НА РАЗЛИЧНЫХ КОРАХ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

Научный консультант:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор И.Н. Донских кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Д. В. Чернов

Санкт-Петербург - Пушкин 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...................................................................................... 4

1. Особенности выветривания и почвообразования в тропическом и бо-

реальном поясах (обзор литературы)............................................ 8

1.1. История изучения тропических почв и кор выветривания............ 8

1.2. Ферраллитное выветривание и образование почв в тропическом ^ поясе....................................................................................

1.3. Особенности сиаллитного выветривания.................................

2. Объекты исследований: Экология почвообразования и современное состояние сельскохозяйственного производства..............................

2.1. Условия почвообразования красных ферраллитных почв Респуб- ^ лики Чад и особенности их сельскохозяйственного использования......

2.2. Условия почвообразования дерново-подзолистых почв Северо-

запада Российской Федерации........................................................................................................44

2.3. Характеристика морфологического строения почв..........................................46

2.3.1. Красные ферраллитные почвы................................................................................46

2.3.2. Дерново-подзолистые почвы......................................................................................^

3. Методы исследований..................................................................................................................................52

4. Сравнительная характеристика физико-химических и агрохимических свойств почв гумидных ландшафтов на примере красных ферраллитных и дерново-подзолистых почв................................................................................................54

4.1. Гранулометрический состав....................................................................................................54

4.2. Валовой химический состав....................................................................................................58

4.3. Состав обменных катионов и кислотные свойства почв..............................64

4.4. Содержание фосфора, калия и их подвижных соединений........................72

5. Содержание и состав гумуса в дерново-подзолистых и красных фер-рашгатных почвах......................................................................................................................................78

5.1. Содержание и запасы гумуса и азота............................................................................78

5.2. Групповой и фракционный состав гумуса..................................................................86

6. Содержание групп и форм соединений железа и алюминия в дерново-подзолистых и красных ферраллитных почвах................................................................92

6.1. Содержание и распределение групп и форм соединений железа..........92

6.2. Содержание и распределение групп и форм соединений алюми-

98

ния.......................................................................................

Выводы..........................................................................................................................................................................105

Список использованной литературы............................................................................................107

Приложения..............................................................................................................................................................120

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Почвы гумидных ландшафтов имеют широкое распространение по всему миру и широко используются в сельскохозяйственном производстве. Тропический пояс занимает площадь 1,7 млрд. га, что составляет около 37% площади суши, площадь земель бореального пояса планеты оценивается в 1,2 млрд. га. Ферраллитные почвы тропиков формируются в Африке (от сахельского и суданского до экваториального гумидного пояса); в Юго-Восточной Азии - от муссонного пояса до гумидно-океанического; в Латинской Америке от переменно-влажного до экстрагумидного амазонского.

По данным ФАО (2009) площадь пахотных земель на душу населения, в силу разных причин, сокращается: с 0,38 га в 1970 году до 0,23 га в 2000 году. Согласно прогнозам, к 2050 году эта цифра составит 0,15 га на человека. Южная Азия использует 94% потенциально пахотной земли, в то время как в Африке к югу от Сахары возделываются лишь 22% потенциально пахотной земли. В странах Африки (в том числе и в Республике Чад) отсутствие доступа и неразвитость местной инфраструктуры ограничивает, по крайней мере, в ближайшей перспективе, введение почв в оборот. С учетом этих ограничений ФАО (2009) дает прогноз, согласно которому к 2050 году чистое увеличение площади пахотных земель в мире составит лишь 70 млн. га, это около 5% от нынешней площади обрабатываемых земель.

Сельское хозяйство Чада нуждается в повышении продуктивности для обеспечения пищевой безопасности и получения коммерческой выгоды. Для такого пути развития аграрного сектора страны необходимо принимать меры по повышению плодородия почв. Так как система экстенсивного земледелия, базирующаяся на парах, которая позволяла восстанавливать плодородие почв, имеет свои ограничения в последние годы в связи с убылью воды в регионе.

Почвы страны, впервые описанные в 1964 - 1969 годах прошлого века, мало изучены (Marius et Barbery, 1964; Pias, 1964, 1967). До сих пор не было представлено достаточно полного анализа состава и свойств красных ферраллитных

почв Республики Чад. Правильное и рациональное использование данных почв возможно лишь на основе детального изучения физико-химических и агрохимических особенностей и их изменения при сельскохозяйственном использовании.

Во французском почвоведении при изучении тропических территорий используются методы литологического изучения почв, унаследованные от агро-геологического подхода, при котором образцы и профили различных феррал-литных почв рассматриваются в лабораториях, в значительном отрыве от конкретных условий образования и учета их огромного географического разнообразия. Несмотря на многочисленные работы, хорошо разработанной широкой научной концепции тропического почвообразования, построенной на четких генетических принципах, нет до сих пор, что тормозит практическую работу по почвоведению в тропических странах.

Дерново-подзолистые почвы бореального пояса Российской Федерации достаточно изучены. При регулярном известковании и применении органических и минеральных удобрений на среднеокультуренных почвах можно получать высокие устойчивые урожаи, даже, несмотря на то, что данные почвы расположены в Нечерноземной зоне «рискованного земледелия».

Анализ данных государственного мониторинга земель за состоянием окружающей среды показывает, что на дерново-подзолистых почвах продолжается ухудшение состояния земель: интенсивно развиваются эрозия, заболачивание, зарастание сельскохозяйственных угодий кустарником и мелколесьем и другие процессы, ведущие к потере плодородия сельскохозяйственных угодий и выводу их из хозяйственного оборота.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было сравнение почв, формирующихся в гумидных районах на различных корах выветривания. Для этого было проведено изучение основных физико-химических и агрохимических свойств красных ферраллитных почв Республики Чад и дерново-подзолистых почв России - как целинных лесных, так и их окультуренных аналогов.

В связи с этим, основными задачами исследования были:

1. Определение кислотно-основных свойств красных ферраллитных и дерново-подзолистых почв, как в природных ландшафтах, так и в агроценозах;

2. Изучение гранулометрического состава данных почв;

3. Определение валового химического состава;

4. Определение валового содержания и подвижных соединений фосфора и калия, расчет запасов данных элементов;

5. Изучение содержания гумуса и азота, изменение их запасов при окультуривании;

6. Определение и сравнение содержания и профильного распределения соединений железа и алюминия.

Научная новизна. В работе, впервые для условий гумидных ландшафтов Республики Чад и Российской Федерации, дана сравнительная характеристика почвам, формирующимся на различных корах выветривания. Сравнивали генезис, условия почвообразования, растительность, основные показатели почвенного плодородия. На примере целинных лесных почв и их окультуренных аналогов, различной степени антропогенно нагруженных, определено профильное распределение несиликатных соединений железа и алюминия, а также их поведение в зависимости от типа коры выветривания.

Практическая значимость. Исследование состава и свойств красных ферраллитных почв Республики Чад необходимо для пополнения знаний о них, поскольку изучению почв здесь отводится слишком малое внимание. Результаты работы могут быть использованы для разработки приемов рационального использования красных ферраллитных почв.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлены и доложены на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГАУ (2009, 2011).

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и приложений. Диссертация изложена на 133 страницах печатного текста, содержит 26 таблиц, 17 рисунков. Список использованной литературы включает 160 наименований, в том числе 42 источника литературы на иностранных языках, из них 6 ссылок на электронные Интернет - ресурсы.

1. ОСОБЕННОСТИ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В ТРОПИЧЕСКОМ И БОРЕАЛЬНОМ ПОЯСАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. История изучения тропических почв и кор выветривания

С конца XIX века британская, французская, голландская и бельгийские почвенные школы начали систематическое исследование почвенных ресурсов колоний, большая часть которых располагалась в тропической зоне Африки (Dudal, 2003). Исследование тропических почв в широких масштабах началось в 20 веке. Большой вклад внесли немецкие ученые Г. Гаррасовитц (Harrasovitz, 1926) и П. Фагелер (1935), бельгийский - Р. Дюдаль (Dudal, 1953, 2003), французские - Н. Ленеф (Leneuf, 1965), Ф. Дюшафур (1970), Ж. Обер (Aubert, 1959, 1960, 1972, 1986). Необходимо отметить работы по этому континенту таких исследователей, как Ш. Робекен (Robequain, 1956), Р. Менье (Maignien, 1959), Ж. Пиас (Pias, 1964) и Б. Булэн (Boulande, 1984), и др. Значительный вклад в исследование почв тропических стран внесли советские специалисты (Фридланд, 1964; Денисов, 1971; Зонн, 1979).

Для обозначения продуктов влажно-тропического выветривания существует разнообразная номенклатура. Одна группа наименований строится на термине «латерит» («латерит», «латеритные коры выветривания»), применение которых не всегда оправдано, т.к. они применялись для обозначений не только кор выветривания, но и специфических форм аккумуляций железа, впервые описанных в 1807 году под названием «латерит» (Ларешин, Шуравилин, 2008). Другая группа наименований строится на терминах, отражающих содержание в корах выветривания железа и алюминия. Наиболее старыми из терминов, отражающих состав пород, являются «аллит», предложенный в 1926 году Г. Гарра-совитцем для кор выветривания, состоящих из свободных оксидов алюминия, и «сиаллит», в которых алюминий связан в алюмосиликатах.

Взгляды исследователей на процессы тропического почвообразования существенно отличаются друг от друга (П. Фаге л ер, 1935 и Г. Гаррасовитц, 1926). Согласно П. Фагелеру (1935), в тропических и субтропических областях образуются смешанные сиаллитно-аллитные или аллитно-сиаллитные образования. Наиболее типичные аллиты (красноземы или латериты) формируются в полувлажных тропических и субтропических областях.

Аллиты формируются на первых стадиях развития почв, пока не приобретут устойчивой кислой реакции. Позднее, под тропическим лесом, происходит смена аллитных почв на сиаллитные. Таким образом, отмечает П. Фагелер, «под густым лесом образование профилей почв сходно с тропическим процессом подзолообразования». Однако по отношению к почвообразованию природные условия тропиков являются «крайними состояниями», климатические факторы воздействуют на поверхностные породы и почвы по сравнению с умеренными зонами значительно более интенсивно и в отношении масштаба, и в отношении времени, то есть процессы выветривания и минерализации органических остатков идут энергично и постоянно, без перерыва на зиму (Фагелер, 1935).

В 1944 г. во Франции создается секция почвоведения, которая занимается изучением заморских территорий - ORSTOM (office de la recherché seientifique et technique outre-mer). В 1945 году первые работы были проведены на Мадагаскаре и в Западной Африке.

В работе З.Ю. Шокальской «Почвенно-географический очерк Африки» (1948), обобщен фактический материал и на почвенной карте показано, что распределение почвенных типов подтверждает закон зональности. Отклонения связаны с местными особенностями климата и характером рельефа. Автор отмечает, что исследования тропических почв во многих местах земного шара достигли значительных успехов, вместе с тем вопросы почвообразования в тропиках и его особенности настолько сложны и обширны, что пока выяснены только в самых общих чертах.

В 1948 году (Ротамстед, Англия) организована первая конференция по тропическим почвам. Было высказано мнение, что материалы по поставленной проблеме фрагментарны и не дают возможности создать классификацию почв (Наумов, 2007).

Монография Мора и Ван Варена «Почвы тропических областей» (Mohr, van Varen, 1954) стала настольной книгой для специалистов, работающих в тропиках. В 1958 году вместо термина «латеритные почвы» на конференции по тропическим почвам был принят термин «ферраллитные почвы» (Наумов, 2007). Изучение почвенных образований тропического пояса позволило сделать вывод, что это наиболее древние на Земле образования. По расчетам Ленефа и Обера (Auber, Leneuf, 1960), 1 м коры выветривания в тропиках образуется за 20 - 77 тыс. лет.

Древность тропических и экваториальных почв не свидетельствует о стабильности почвообразования. Для этих зон, как в геологическом, так и в историческом аспекте характерны крайняя динамичность процесса почвообразования и острая борьба противоположностей.

П. Фагелер обращал внимание на процесс аллитизации в 1935 году. Глубокое разложение минеральной части почв с выносом подвижного SÍO2 и накоп-

тп V/ и о

лением глинозема и оксидов Fe, идет только в нейтральной и щелочной среде, тогда как в кислой происходит процесс сиаллитизации, т.е. вынос оснований и окислов Fe и Al, и накопление остаточного кремнезема.

По Ж. Оберу (Aubert, 1959) в тропических зонах происходит щелочной гидролиз первичных минералов с быстрым удалением оснований (Са, Mg, К) и освобождением ионных форм (Si, Fe, Al) при разрушении кристаллических решеток минералов. При этом Fe мигрирует в разных формах, в том числе в форме хелатов, а также стабилизируется при фиксации на положительно заряженных глинах. Железо аккумулируется по профилю почв, выносится по склонам, образуя конкреции и псевдопесчаную структуру почв. Кремнезем мигрирует интенсивнее, чем Al, и при наличии свободных Al и Si происходит неосинтез каолинита (Aubert, 1959).

В 1960 году многие страны Африки, в том числе и Чад, обрели независимость. С этого времени ORSTOM проводит фундаментальные исследования для развития тропических стран. Создаются геологические и почвенные карты Республики Чад (Marius et Barbery, 1964; Pias, 1964, 1967), публикуются статьи и монографии, описывающие ферраллитные почвы Чада (Pias, 1964, Étude générale des conditions d'utilisation des sols de la cuvette Tchadienne, 1969).

В 1963 году в Брюсселе опубликована почвенная карта Африки в масштабе 1:5000000, составленная Ж.К. Д'Ором (D'Hoore, 1963), как результат работ, проведенных в рамках ССТА (комиссии технического сотрудничества в Африке).

Мощность профилей почв в тропическом поясе достигает 10 - 20 м (Aubert, Tavernier, 1972). Ж. Обер и П. Сегален (Aubert, Segalen, 1986) отмечали, что накоплен огромный материал по составу гумуса почв Африки, поведению в них железа, выявлена роль почвенной фауны, особенно червей и термитов, изучена микроморфология, достигнут высокий уровень изученности в Африке явлений водной эрозии почв и значительно более низкий - дефляции.

Большинство работ, посвященных почвообразованию в тропиках неразрывно связано с изучением процессов выветривания горных пород. Наиболее полно эти вопросы освещены в геологической литературе по теории формирования кор выветривания. Изучение основано на анализе профилей, развитых в равнинных, относительно тектонически-стабильных областях, таких как экваториальные районы Африки, Амазонии и равнинные районы Юго-Восточной Азии. В периоды тектонического покоя в районах влажного и тёплого климата происходит формирование кор выветривания наибольшей мощности (Красиль-ников, 2008).

Детализация сущности и механизмов преобразования горных пород и формирования кор выветривания в гумидных ландшафтах в русскоязычной литературе содержится во многих фундаментальн