Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структурно-агрегатное состояние почв Приенисейской Сибири и участие лабильных гумуссовых веществ в его формировании

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Структурно-агрегатное состояние почв Приенисейской Сибири и участие лабильных гумуссовых веществ в его формировании"

МШСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ЩЕРАЦИИ КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НУРАЧЕНКО Наталья Леонидовна

УД{ 631.41:631.417.2(57)

СТШШ»-^№ГАтаЖ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ПРИШСЕЙШОЙ СИЗОМ И УЧАШЕ ДАВШИХ ГУМ/СОШХ ВИЦВСТВ В ЕГО ишм

03.00.27 - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кадцвдата биологических наук

Красноярск - 1997

Работа шполнена на кафедре почвоведения Красноярского государственного аграрного университета при поддержке стипендией краевого фонда науки.

Научим руководитель:

доктор биологических наук В.В.Чупрова.

0$ищ©лшыв отснвнш:

доктор биологических наук

В.Н.Горбачев

кандидат биологических наук

Э.Ф.Ведрова

Ведущая организация:

Защита состоится " ¥''

Барнаульский государственный педагогический университет

1998 года, в -/Р часов на заседании

Диссертационного Совета Д 120.45.01 при Красноярском государственном аграрном университете по адресу: 660049, г.Красноярск-49, пр.Мира,88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "Л$' года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

Р.М.Бабинцева

ошйя харакшшш рабслы

Актуальность та« обусловлена валнейшей ролью структурно-агрегатного состава в формировании почвенного плодородия. В структурной почве создаются оптимальные условия водаого, воздушного и теплового реотлов, что в свою очередь определяет развитие микробиологической деятельности, мобилизацию и доступность питательных веществ для растений. Усиливающиеся антропогенные нагрузки на агролавднафта, частые механические обработки, уменьшение поступления органического материала способны вызывать существенные изменения свойств почш на агрегатно-структурном уровне её организации.

Главньм в изучении почвенной структуры является вопрос её генезиса. Механизм структурообразования весьма сложен и зависит от рада факторов. Наиболее существенный из них - органическое вещество почш. По современным представлениям, наличие лабильных компонентов в его составе в значительной степени определяет процессы агрегирования почвенных частиц и водопрочность структуры.

Для условий земледельческой зоны Приенисейской Сибири отмечается слабая изученность структурного состояния почв. Познание закономерностей генезиса структуры почв, отражающих главным образом участие лабильных гумусовых веществ и почвенных углеводов в процессах агрегирования, представляется новым и весьма актуальным направлением.

Цель настоящих исследований заключается в изучении структурно-агрегатного состояния почв на целине и в условиях сельскохозяйственного использования, выявлении участия лабильных компонентов гумусовых веществ в формирований почвенной структуры и её роли в процессах трансформации органического вещества и биологической активности. Реализагдоя поставленной цели складывалась из решения следасвдвс задай:

- дать оценку гранулометрического, шкро- и макроагрегатного состава почв;

- выявить участие лабильных гумусовых веществ и углеводов в процессах агрегирования почвенных частиц;

- изучить влияние удобрений и мелиорантов на структурно-агрегатное состояние серых лесных почв и содержание в них лабильных гуцусовых веществ;

- исследовать роль почвенной структуры в процессах трансформации органического вещества, биологической активности и её влияние на урожайность сельскохозяйственных культур.

Научная новизна. Дана оценка структурно-агрегатного состава ненарушенных и вовлеченных в пашню почв Приенисейской Сибири. Выявлены особенности изменения микро- и какроструктурного состава в пределах почвенного профиля. Показано, что характер этих изменений определяется особенностдаи генезиса и использования почв.

Впервые получены количественные характеристики, позволившие оценить роль лабильных гумусовых веществ и углеводов в механизме структурообразования почв Приенисейо-кой Сибири. Установлено, что водопрочность струтоурных агрегатов серых лесных почв

обусловлена фракцией "агрессивных" с^льюкислот ОД н НйБО^выгяжки, чернозёмов -фрьвокислотной фракцией лабильных гумусовых веществ, гидролизуемых 0,1 н/1/аШ и ОД н Н^О^. Обнаружено участие углеводов в образовании водопрочной структуры чернозёмов.

В работе развивается концепция возможности управления процессом агрегирования элементарных почвенных частиц посредством увеличения лабильных компонентов органического вещества почв.

Интенсивность биохимических процессов в почвах Приенисейской Сибири определяется структурю-агрегатным уровнем её организации.

Практическое значение работы. Результаты работы могут использоваться для научно обоснованного прогноза изменения структурно-агрегатного состава почв при их сельскохозяйственном использовании. Они являются исходным материалом при обосновании необходимости контроля и поддержания оптимального агрегатного состава и введения оперативного мониторинга почв.

Материалы исследований значительно расширяют представление о роли лабильных гу-ьусовых веществ и неспещфмеских соединений в формировании водопрочной структуры. Они используются в учебном процессе по курсу почвоведения и спецкурсам "Антропогенное почвообразование" и "Охрана почв" в Красноярском государственном аграрном универ ситете.

Задщаешз положения:

- сельскохозяйственное использование почв приводит к разрушению микроструктуры, уменыяению количества водопрочных агрегатов в пахотном слое и изменению макроагре-гатного состава в профиле;

- водопрочностъ структуры генетически различающихся почв определяется количественным и качественным составом лабильных гуь^совых веществ;

- интенсивность гумьфшэционно-минерализационных процессов и биологическая активность в почве обусловлены её структурно-агрегатньм состоянием.

Апробация. Основные материалы и положения диссертации опубликованы в 9 работах, а также доложены и обсузвдены на региональной научной конференции "Методические аспекты экспериментальной работы в исследованиях агрономического про<|иля" (Красноярск,

1995); краевой конференции "Молодежь и наука - третье тысячелетие" (Красноярск,

1996); 2 съезде Общества почвоведов при РАН (С-Петербург, 1996); региональной научной конференции молодых ученых, посвященной 150-летию со дня рождения В.В.Догучаева "функционирование и охрана почвенного покрова" (Красноярск, 1997); региональной научной конференции, посвяценной 150-летию со дня рождения В.В.Докучаева "Почвенные ресурсы, рационализация землепользования и экологическая оптимизация агролавдпафгов в Приенисейской Сибири" (Красноярск, 1997); 2 международной конференции 'Криогенные почвы: экология, генезис, классификация'' (Сыктывкар, 1997); научных койеренцкях

профессорско-преподавательского состава КресГАУ (1995, 1997) ; семинарах кафедры почвоведения КрасГАУ (1994-1997), заседании Красноярского отделения Общества почвоведов при РАН (1997).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 156 стр. машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов и приложений. Вклтает 26 таблиц и 20 рисунков. Список литературы содержит 293 наименования, в том числе 65 работ зарубежных авторов.

КРАМЕ СОДЕРЖАНИЕ ?ШШ

ГЛАВА 1. ПОЧВЕННАЯ СТЕДШРА, ЕЁ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ И МЕХАНИЗМЫ ВДИРОВАНИЯ

В течение многих десятилетий проблема почвенной структуры подвергается острой дискуссии, в процессе которой высказывается очень много интересных, часто спорных оуящений. Неоднозначность суящений проявляется как в определении структуры почвы (Гедройц, 1926; Вильямс, 1937; Вершинин, 1956; Начинский, 1958; Дояренко, 1963; Emerson, 1Э77; Воронин, 1986; Шейн, 1996), так и в познании её роли как (фактора плодородия (Роде, 1955; Деревицкий, 1958; Рецут, 1965; Начинский, 1965). Но, как это часто бывает в науке, истина принадлежит не самьм крайним точкам зрения. Большинством ученых и практиков отечественной и зарубежной агрономической науки признается положительная роль структуры.

Почвенный агрегат можно рассматривать как объект, аккумулирующий результат многих почвообразовательных процессов и представляет собой сложное физико-химическое и биологическое образование. Согласно современным научным взглядам, развитие почвенной структуры регулируется не только урошем содержания органического вещества, но и его качественным составом (Вильямс, 1935; Антипов-Каратаев, 1948; Grey, i94S; Р/ДЖОБ, 1951; КаЧИНСКИЙ, 1951; Heinonen, 1955; БесеДИН, 1956; Хан, 1965; Monnier, 1965; Медведев, 1965; 1969; Jacguin, 1978; Tisdall, 1982; Pifccolo, 1989; Haynes, 1990; Дага|ур, Гай^фе, 1992 и др.). На роль веществ, участвующих в объединении частиц в агрегаты, были предложены различные соединения, в т.ч. и лабильные гумусовые вепдаства, включая почвенные углевода.

К настоящему времени накоплен значительный материал, свидетельствующий о положительной роли почвенных углеводов В образовании водопрочных агрегатов (Mehta, 1961; Martin, 1965; Хан, 1969; Chassin, 1979; Falvre, 1984; Банников И ДР., 1984; Chenu, 1989). Что же касается участия лабильных гумусовых веществ в процессах агрегирования, то сведений об этом крайне шло.

Несмотря на наличие обширной литературы, посвященной структуре почв и её гене-

зису, следует отметить, что вопрос, касающийся количественных оценок участия гумусовых веществ, в т.ч. лабильной (фракции, в процессах агрегирования генетически различных почв, остается открытым и требует решения на региональном уровне.

ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ПШЕНИСЕЙСКОЙ СИБИРИ

Приводится краткое сравнительное описание орографии, гочвообразукщих пород, растительности и климата двух лавдиафгных зон Приенисейской Сибири - травяных лесов Ачинского округа и Красноярской лесостепи по опубликованным материалам (Коляго, 1961; Вередченко, 1961; Лиханов, Хаустова, 1961; Громов, Лбова, 1961; Черепнин, 1961; Врицина, 1962; Галахов, 1962; Любимова, 1962; Ерохина, Кириллов, 1962; Брицина, Галахов и др., 1962; Семина, 1962; Безруких, 1977).

Экологические условия травяных лесов и лесостепи характеризуется как неодинаковые, что сказалось на структуре почвенного покрова данных территорий. Анализ научной литературы (Ерохина, 1960; Судана, 1961; Семина, 1961; Бугаков, 1962; 1964; 1971; Кириллов, 1963; Щугалей, 1969; Бугаков, Чупрова, 1970; Чупрова, 1971; 1985; Кускова, 1971; Бугаков, Горбачева, Чупрова, 1981; Цугаков, Чупрова, 1995; Трубников, 1995;

1997) дает представление о особенностях почв.

ГЛАВА 3. МЕТОДУ И ОБЪЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Структурно-агрегатное состояние почв и особенности его формирования рассматриваются наш на примере ключевых разрезов, заложенных на типичных участках в пунктах стационарных исследований ("Зареченка" - 'йохтетский район) и во время маршрутных поездок по Емельяновсгаэду, Березовской, Сухобузимскому районам. Объектами исследований были типичные дерново-подзолистые и серые лесные гочш зоны травяных лесов Ачинского округа и чернозёмы оподаоленные, выщелоченные и обыкновенна Красноярской лесостепи. Основньы методом принят метод сравнительного изучения почв на целине и Идентичных на паше.

Почвенные образцу отбирались из генетических горизонтов всех почв. Анализы выполняли по общепринятым прописям современных методов (Аринушкиш., 1970; Агрохимические метода ..., 1975). Гранулометрический и микроагрегатный состав определяли по

Н.А.Качинскому. Структурно-агрегатный состав изучали го Н.И.Саввинову в полевых условиях при естественной влажности почвенных образцов. По мнению ряда исследователей (Качинский, 1965; Ваданина, Корчагина, 1975), этот метод дает более точные результаты. Водопрочность структуры определяли на приборе Бакшеева.

Вьщеленные водопрочные и нестойкие агрегаты анализировали на: содержание водорастворимого углерода (Сн2о) - методом бихроматной окисляемости (по И.Н.'йорину);

углерода лабильных гумусовых веществ (С^аон) - путем экстракции 0,1 нл/аШ; общего углерода (Сн2$с>4) - в ОД н серокислой дагяяке; концентрацию углеводов фенол-серно-кислым методом в декальцинате по методу Добуа в модификации А.А.Юхнина и др. (1973).

Изучение роли удобрений и мелиорантов на структурно-агрегатное состояние серж лесных почв проводили в полевых опытах на стащонаре "Зареченка". Объекты исследования - агроценоз клевера 1 и 2 года пользования в севообороте: пар - озимая рожь -ячмень+кяевер - клевер 1 г.п. - клевер 2 г.п. - лен - пшеница - овес. Схема опыта на клевером поле нключала варианты: контроль, лЯК, л/Ж+І.О Нг, л/РК+1.0 Нгч-навоз. Минеральные удобрения Л/60Р9Ш90 вносили под ячмень, весеннюю подкорку л/40 - под клевер. Навоз и известь - в паровые поля. Доза извести была раз читана по полной гидролитической кислотности и составила 6 т/га. Навоз - 60 т/га.

Почвенные образцы на стругауро-агрегатный состав и химические показатели отбирались из слоя 0-23; 23-36 см. Срок отбора - август. Струкщно-агрегатный состав был сделан по Н.И.Саввино^г. В »деленных водопрочных и нестойких агрегатах определяли те же показатели, что и при изучении целинных и пахотных почв.

Исследование роли почвенной структурі в процессах трансформации органического вещества и биологической активности проводили в вегетационном опыте. Почва - чернозём выщелоченный. Схема опыта включала три блока вариантов о размерами почвенных агрегатов 0,25-1; 1-3 и 3-10 мм, отсеянных через набор сит. В вегетационные сосуда каздого блока вносились растителъньв остатки надземной массы лщерны из расчета 40 т/га, соломы пшеницы - 3 т/га. Часть сосудов поддерживалась в парупцем состоянии, на другой проводался посев культур: 1993г - пшеница, 1994г - кукуруза, 1995г - пшеница. В течение 2-х вегетационных сезонов на почве каадого варианта опыта в двухкратной повторности учитывали эмиссию С02 почвой го И.Н.Шарноцу (1986). В исходных образцах различного агрегатного состава, .а также в почве казвдого вегетационного сосуда в течение трех сезонов в осенний період определяли: содержание Сорг, Сн20, Сл&он с разделением на группы Сгк и С^к, //—а/Оз в вытяжке 17° раствора алшокапиевых квасцов, М-*М^ калориметрическим методом в присутствии реактива Несслера, легкогидролизуемый азот по Корнфидпу. В момент снятая опыта сделали повторный анализ струкщно-агрегатного состава.

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985; Дмитриев, 1995).

ГЛАВА 4. ГРЖЛСШШЕСНИЙ И АГРЕГАТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ

4.1. Гранулометрический и микроагрегатный состав

Изученные дерово-подзолистые, серые лесньв почвы и черозёмы практически не различаются по гранулометрическому составу и характеризуются как суглинистые. Грану-

лсметрический состав дерново-подзолистых почв на целине и пашне - легкосуглинистый, серж лесных - тяжелосуглишстый. Накопление илистой фращ® в rop.AgB и В (23-31%) указывает на наличие развитого иллювиального процесса в этих почвах. Агрегщрщая способность дерново-подзолистых почв выражена слабо, поскольку они характеризуются низким содержанием истинных микроагрегатов. В пахотном аналоге до глубины 40 см их вовсе не было обнаружено, что безусловно связано с разрушением при обработке. В иллювиальных горизонтах на&лкдается уменьшэние коэф|щиента дисперсности до 9-15% и возрастание количества истинных микроагрегатов до 2-7%. Агрегирующая способность серых лесных почв выражена дучше, чем дерново-подзолистых. На целине и паше коэффициент дисперсности гумусового горизонта равен 11%, а далее го прсфшю 12-15$. По содержанию истинных микроагрегатов наилучшей способностью к агрегации отличаются иллювиальные горизонты (9-£ЗД и гухусовый на целине (19%). При вовлечении в обработку отмечается уменьшение на 10$ истинных микроагрегатов в пахотном слое.

Чернозём оподзоленный и обыкновенней имеет среднесуглинистый гранулометрический состав. Большое количество пылеватых фракций (39-76$) придает им лессовидаые свойства. В переходаом Ä2B и иллювиальном гор.В чернозёма оподзоленного наблюдается увеличение илистой фракции (на 9—15%). На паше процесс накопления ила выражен в большей степени. Гранулометрический состав гумусово-акедмулятишого горизонта чернозёма выщелоченного на целине - тяжалосуглинистый, на паше - среднесуглинистай. В пределах профиля он неоднороден. Утяжеление гранулометрического состава в нижележащих горизонтах связано с неоднородности) материнской горда.

По содержанию истинных микроагрегатов чернозёмы Красноярской лесостепи распределяются в сяедуюций убыващий рад: выцелоченный - оподзоленный - обыкновенный.

Более высокий агрегирующей способностью отличаются верхние гуцусированные горизонты.

В пахотном слое количество истинных микроагрегатов заметно уменьшается. Полное их исчезновение отмечено в черноземе выщелоченном и обыкновенном.

4.2. Струтурно-агрегатный состав почв

Струкэдшй состав изменяется по профилю. В серых лесных почвах количество |едупньк агрегатов более 10 мм увеличивается, достигая максимальной величины в иллювиальном горизонте. В профиле почвд год лесом господстщщми являются фракции 102 мм. При распашке наблсщается интенсивное разрушение агрегатов >10, 10-5 мм. Существенные различия в структурно-агрегатном составе ненарушенных и вовлеченных в пашню серых лесных почв характерны для слоя 0-70 см; глубже они сглаживаются.

Макроагрегатный состав дерново-подзолистых почв также изменяется в пределах профиля. Прием, характер этих изменений имеет некоторое общее сходство с серыми леонами почвами. Отличие состоит лишь в том, что верхние горизонты дерново-подзолистых

почв под лесом содержат больше агрегатных фракдга размером 1-2 мм. При распашке возрастает доля фракций 10-2 мм, но по все»4у профилю эта структура остается неводопрочной. Хотя в целом, дерново-годзолистые почш, по результатам наших исследований, отличаются неплохой водопрочностыо структуры, что связано с особенностью микроагрегат-ного состава: более шсоким содержанием крупной пьши. Именно она является осношой агрегирующей фракцией этих почв.

В правиле чернозаа оподзаленного в целинном состоянии преобладают крупные и средние фракщи агрегатов >1ш, в оподзоленных горизонтах А3А2 и AgB возрастает доля фракций 1-2 мм. При распашке не образуется глыб и комков, а в гор.А^Ай; AgB наглодается увеличение фракции агрегатов <1 мм. Причем, по водопрочности эта структура неудовлетворительная (особенно на паше). В структурном составе чернозёма выщелоченного доминируют фракции разметом более 1 мм. В профие почвы на целине господствующими являются фракции 1-2 мм, на паше - >10, 10-5 мм. Г>лусово-аю<умулятиБный и особенно гор.АВ чернозёма обыкновенного на целине отличается глыбистостью. Обработка почвы приводит к уменьшению глыбистых фракций и увеличению содержания пылеватых до Ilf». Некоторое огрубление струетуры отмечается и в подпахотном слой;.

Исследования структурно-агрегатного состояния почв лесостепи и зоны травяных лесов показали, что гумусовые горизонты целинных и пахотных почв по содержанию агрегатов агрономически ценного размера практически не различаются между собой и характеризуются как хорошо осттуктуренные (табл.1).

Таблиид 1

Огругаурго-агрега'тый состав гуцусовых горизонтов почв, %

! Почва Содержание агрегатов 0,25-10 мм Содержание водопрочных ! агрегатов >0,25 мм !

целина пашня целина пашня !

! Дерново-подзолистая 87,0 93,8 89,5 71,1 !

! Серая лесная 80,0 87,5 93,8 70,4 !

! Чернозём оподзоленный 90,0 92,5 72,1 50,1 !

! выщелоченный 84,8 65,8 83,6 71,5 !

! обыкновенный 74,4 71,1 79,4 59,9 !

! . НСРт - 11.9 8,6 14.6 !

На паше количество агрегатов 10-0,25 мм даже несколько увеличивается за счет снижения глыбистости. Дэстоверюе уменьшение агрегатов агрономически ценного размера отмеч чено только в пахотном выщелоченном чернозёме по сравнению с целинным.

В серой лесной почве, в отличие от чернозёмов, выявлено достоверное увеличение водопрочных агрегатов. На паше эти различия проявляются только с оподзоденным черго-

зёмом. Среда подтипов чернозёмов статистически значимая разница по содержанию водопрочных агрегатов обнаружена между огодзоленным и выщелоченным как на целине, так и в условиях сельскохозяйственного использования.

Сопоставление целинных и пахотных почв показало, что при распашке снижение водопрочное™ агрегатов в наибольшей степени выражено в серой лесной почве - 237°, в наименьшей в чернозёме шцелоченном - 12&.

Обнаружено количественное изменение водопрочности агрегатов в почвах, характеризующихся разньвд по морфологии формами структурных агрегатов. В безгумусошх горизонтах изученных почв с призматически-ореховатой структурой количество водопрочных агрегатов составляет 70-71$, с комковатой - 29-58/°. Водопрочность агрегатов связана с особенностями проявления в почвах элементарного почвообразовательного процесса оструктуривания.

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ШМИГОВАНЙЯ СТШтиа-АПРЕГАЖГО СОСТОЯНИЯ ЦЬШНШХ И ПАХОТНЫХ ЮТ

5.1. Участие лабильных гумусовых веществ в процессах агрегирования

Изучение состава лайильных гумусовых веществ в водопрочных и нестойких агрегатах почв лесостепи и зоны травяных лесов позволило количественно оценить участие их в процессах агрегирования.

В дерново-подзолистых почвах лишь небольшая часть лабильных адусовых веществ (14-15 мгС/100г) представлена наиболее подвижными соединениями, переходящими в водную вытяжку. Содержание щелочнорастворимого углерода гумусовых веществ, гуминовых и фульвокислот, а также углерода, гвдхшзуемого в 0,1 н ^$04, в водопрочных агрегатах заметно уступает неводопрочным (табл.2). Поэтом/ образование водопрочной стр 1уры этих почв не связано с участием лабильных фракций гумуса* При низком уровне гуцусировакности формирование структуры идет за счет прочных органо-минеральных соединений.

В серых лесных почвах по сравнению с дерново-подеолштыми найлвдается увеличение доли Сн2о и Сдлаон. Однако участие их в агрегировании почвенных частиц выражено слабо. Водопрочность структуры серых лесных почв связана с фракцией "агрессивных" фульвокислот 0,1 н Н2$04_вытяжи. Содержание этой фракции в водопрочных агрегатах генетических горизонтов на 11-29 мгС/ЮОг больше, чем в нестойких. Распашка и длительное сельскохозяйственное использование серых лесных почв привода к снижению подвижных компонентов гумусовых веществ, хотя водопрочные агрегаты в них по-прежнему отличаются повышенны.! содержанием "агрессивных” фульвокислот.

В образовании водопрочной структуры нижних слоев гукусово-аккуцулятивных горизонтов целинного чернозёма оподаоленного и выцелоченного принишют участаа. водораст-

Таблица 2

Содержание лабильных, гумусовых веществ в нестойких и водопрочных агрегатах почв (мгС/100г)

Угодье Гори- зонт ОД нл/аОН 0,1 н Н?50л !

Глуби- Собщ Сгк (Як Собщ !

на, см 1* ! г* 1 2 1 2 1 ! 2 !

1 2 3 4 ! 5 6 7 8 9 10 ! 11 !

Дерново-подзолистая

Лес А1 13-23 427 ! 174 118 35 309 139 72 ! 35 !

¿2 30-38 136 ! 41 23 28 ИЗ 13 63 ! 32 !

А2В 62-72 91 ! 28 12 5 79 23 54 ! 30 !

В 96-106 68 ! 5 f 6 4 62 1 34 ! 15 ! | |

Пашня Ап 7-17 254 ! 187 68 48 186 139 40 ! 30 !

А1А2 33-40 237 ! 119 79 17 158 102 54 ! 44 !

А2 58-68 91 ! 28 12 11 79 17 34 ! 28 !

Агв 88-98 79 ! 22 6 0 73 22 31 ! 30 !

в 100-120 74 ! 28 1 11 73 17 25 ! 30 !

Серая лесная

Лео А1 14-24 1426 ! 899 461 369 965 530 161 »158 !

А1А2 37-47 713 ! 491 247 133 466 358 97 !108 !

А2В 58-68 360 ! 120 97 и 263 109 61 ! 76 !

В 82-92 327 ! 83 85 0 242 83 52 ! 63 !

Пашня Ап 6-16 1016 ! 698 337 200 679 498 126 !138 !

А1 23-31 966 ! 711 270 194 696 517 120 !132 !

А1А2 34-44 518 ! 138 130 11 388 127 46 ! 63 !

Агв 49-59 287 ! 108 29 0 258 108 68 ! 98 !

в 69-79 248 ! 28 12 0 236 28 20 ! 35 !

Чернозём оподзаленный

! А1 ! 20-30 666 ! 962 ! 434 ! 338 ! 232 ! 624 ! 111 !337

! А1А2 ! 50-60 581 ! 736 ! 288 ! 276 ! 293 ! 460 ! 111 !337

'• А2В ! 75-85 281 ! 293 ! 59 ! 60 ! 222 ! 233 ! 61 !И1

! В 1100-110 200 ! 127 ! 48 ! 36 ! 152 ! 91 ! 43 ! 69

продолжение табл.2

! 1 2 3 ! 4 15 16 7 8 9 10 11 !

! Пашня Ап 10-20 ! 1211 11002 ! 873 550 338 452 139 242 !

А1 43-53 ! £390 ¡1094 ! 901 590 489 504 144 265 !

А1А2 70-80 ! 366 ! 438 ! 192 95 174 343 72 116 !

Агв 84-94 ! 270 ! 330 ! 84 84 186 246 70 112 !

Б 96-106! 220 ! 115 ! 60 35 160 80 66 92 !

Чернозш шцелоченньй

! Целина А 20-30 ! 1448 ¡1490 ! 449 322 999 1168 181 403 !

А 60-70 ! 2380 !2404 ! 853 699 1527 1705 220 567 !

АВ 90-100! 1864 Т1149 ! 730 316 1134 833 143 300 !

В 110-120! 773 ! 684 ! 549 I ! 1 243 224 441 95 152 !

! Пашня Ап 8-18 ! 1196 11179 1 404 273 792 906 167 287 1

АВ 30-40 1 730 1 558 1 169 60 561 498 159 231 !

В 55-65 ! 540 ! 162 ! 107 5 433 157 83 152 !

Вк 80-90 ! 403 ! 151 ! 99 4 304 147 72 146 !

Чернозём обыкновенный

! Целина А 16-26 1 1639 11673 1 618 559 1021 1114 152 240 !

АВ 52-62 1 1230 1 284 ! 383 11 847 273 43 229 !

В 90-100! 450 1 41 ! 102 ) | ( 36 348 5 37 205 !

! Палия Ап 10-20 ! 798 1 890 ! 423 542 375 348 174 332 !

А 28-38 ! 878 1 925 ! 474 572 404 353 181 348 !

АВ 53-63 1 546 ! 246 1 233 18 313 228 122 142 !

В 83-93 ! 151 ! 115 ! 116 1 ! ! 81 35 34 65 149 !

-1* - г>*

1 - нестойкие агрегата, 2 - водопрочные агрегаты воримые гумусовые соединения, поступающие из верхней толщи почвы при разложении кор-неопада. Определяющим фактором накопления водорастворимого углерода в нижних слоях этих почв (£40-251 мгС/ЮОг) в данном случае будет не столько гранулометрический состав, сколько характер агрегатной организации твердых таз. Установлено, что в процессе агрегирования чернозёмов, кроме Сн^о, принимают участие фульвокислотаая фракция гумусовых веществ, гидролизуемых 0,1 нд/аШ, а также углеродсодержащие соединения, переходяцие в 0,1 н ЦгЗО^вытяжиу. Существенные различия между водопрочными и нестойкими агрегатами по содержанию в них Собщ и Сфк, гидролизуемых 0,1 н л/аОН, выявлены для гдаусовых горизонтов чернозёма оподзоленного на целине и паше. Фракция

"агрессивных" <|ульвокислот преобладает в водопрочных агрегатах всех генетических горизонтов.

В черноземе обыкновенном зона прещунэсгвенного накопления лабильных гумусовых веществ охватывает гораздо меныцую часть профиля, чем в оподеоленном и выцелоченном. Формирование водопрочной структуры за счет лабильных гумусовых веществ, гидролизуемых щелочью, отмечено только в гумусово-аккумулятивно’^ горизонте. Особенностью чернозёма обыкновенного, отличающего его от других подтипов на паше, является участие ГК в создании водопрочной структуры гумусового горизонта. Фракция "агрессивных" <|ульвокислот в водопрочных агрегатах этой почвы, как и в других подтипах, является доминантной.

Как показали исследования, водопрочные агрегаты дедово-подзолистой почвы отличаются минимальным количеством гидролизуемых углеводов (5 мкг), чернозёма оподзолен-ного - максимальным (22 мкг). Участие углеводов в образовании водопрочной структуры почв зоны травяных лесов не обнаружено (рис.1). Пахотные аналоги этих почв характеризуется увеличением доли углеводных компонентов в водопрочных агрегатах. Возмсшо это связано с изменением качественного состава органических остатков, поступалцих в почву, а также с образованием полисахаридных соеданений, образующихся непосредственно в ризосфзре культурных растений.

Количественное преобладание почвенных углеводов в водопрочных агрегатах па сраэ ненига с неводопрочными позволяет говорить об участии этих соединений в образовании водопрочной структуры чернозшов.

5.2. Влияние удобрений и мелиорантов на структурно-агрегатное состояние серых лесных почв

На примере серых лесных почв изучен комплекс взаимозависимых характеристик, раскрывающих суть участия органических веществ в механизме структурообразования. Действие удобрений и известкования на содержание агрономически ценных агрегатов и их водопрочность в посевах клевера 1 и 2-го года пользования проявляется неоднозначно. Несение минеральных удобрений в чистом ввде и совместно с известкованием существенно не повлияло на содержание агрегатов размером 10-0,25 мм в полях клевера 1-го года пользования. Рачительные улучшения структурного состояния серой лесной почвы обнаруживаются при добавлении навоза (табл.З). На всех вариантах произошло увеличение количества(на 5-4%) водопрочных агрегатов более 0,25 мм в пахотном слое.

Ухудшение структурного состояния серой лесной почвы в посевах клевера 2-го года пользования на контральшм варианте и с применением удобрений и известкования связано с ослаблением действия последних и биологическими особенностями возделываемой культуры.

Таблица 3

Действие удобрений и известкования на содержание лабильных г^усовых веществ в нестойких и водопрочных агрегатах серой лесной почвы под клеверол (мгС/100г)

! ! Вариант Слой ОД н//аОН ОД н Нр50а!

! опыта почш, Собщ ! Сгк Сг|к Собщ !

1 ! см 1* ! 2* ! 1 ! I 2 1 2 1 2 ! )

! ! I 1 1-й год пользования 1 < ! ! \

! Контроль 0-23 1045 ! 744 ! 343 194 702 550 119 170 !

1 23-36 978 ! 717 ! 315 182 663 535 130 136 !

! л® 0-23 1123 ! 900 1 348 231 775 669 140 187 !

! 23-36 932 ! 765 ! 320 218 612 547 126 158 !

! л/Ж+ 0-23 1179 ! 966 ! 371 261 808 705 119 201 !

! известь 2а-3б 1061 ! 735 ! 337 194 724 541 104 150 !

! №+ 0-23 1213 ! 796 ! 382 200 831 596 133 165 !

! известы- 22-36 921 ! 686 ! 303 176 618 510 111 156 !

! навоз ! ( !

! ! I ! I 2-й год пользования 1 1 1 ! 1

! Контроль 0-23 753 ! 576 ! .242 145 511 431 111 135 !

1 23-36 685 ! 479 ! £13 127 47£ 352 108 132 !

! л(ЕК 0-23 1190 ! 881 ! 404 279 786 602 148 150 !

! 23-36 1073 ! 796 ! 371 206 70£ 590 108 127 !

! /Ш+ 0-23 961 ! 650 ! 315 182 646 468 108 136 !

! известь 23-36 702 ! 443 ! 236 109 466 334 104 128 !

! л!Ж+ 0-23 1011 ! 820 ! 348 212 663 608 119 136 !

! известы- £3-36 943 ! 686 ! 320 188 623 498 111 154 !

! навоз ; | ! ! 1

1*- нестойкие агрегаты

2*- водопрочные агрегаты

Применение удобрений в серых лесных почвах и их известкование приводит к увеличению лабильных гумусовых веществ в водопрочных агрегатах под клевером, особенно в первый год пользования. Но количественно они по-прежнему преобладают в нестойких. Исключение составляет фракция "агрессивных" <&С. Снижение доли углеродсодержащих соединений, гидролизуемых 0,1 н %504 и выполняющее основную агрегирущую роль в серж лесных почвах, приводит к сокращению водопрочных агрегатов в посевах клевера

2-го года пользования. Водопрочные агрегаты под клевером содержат меньше углеводных компонентов, чем неводопрочные (рис.2). Применение удобрений и известкование серой лесной почвы, как правило, увеличивает содержание углеводов и оужает различия мезвду двумя типами агрегатов по их количеству.

ГЛАВА 6. РСШЬ ГИВЕННОЙ ОТУИУШ В ПРОЦЕССАХ ТРАШОШЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ШСЖИЧЕСКШ АКТИВНОСТИ

6.1. Влияние агрегатного состава почв на процессы трансформации

органического вещества

Наибольшее содержание Сорг отмечено в более тонкой фракции (4200 мг€/100г). Агрегаты размером 1-3; 3-10 мм не отличаются по содергсанио в них углерода органического вещества (3860; 3879 ыгСДООг). Различия мезду фракциями агрегатов отмечены и по щелочнорастворимоцу углероду и легкогидролизуемоцу азоту. Их наибольшее количество находится также во фракции агрегатного состава 0,25-1 мм. Максимальное накопление минеральных форм азота отмечено в более крупных фракциях: аммонийного -

3-10 мм; нитратного - 1-3 мм.

Образование и накопление гумусовых веществ, за исключением водорастворимой фракции, зависит от качественного состава запахиваемого растительного вещества и агрегатного состава почвы. Количественная оценка гуми|икации имела наибольшую величину при поступлении бобового растительного вещества в почцу агрегатного состава 1-3 мм (235 мгС/ЮОг). Здесь же образуется наибольшее количество лабильных гу^совых веществ (23 мг0/100г) (рис.З).

Агрегатный состав является фактором, определяющим мобилизации только нитратных форм азота. Наиболее благоприятными для накопления нитратов в пару оказались более крупные фракции агрегатов 3-10 и 1-3 мм. В конце 3 года исследований количество л/-л0з в паровых полях при внесении лецерновой фитомассы составило 135; ИЗ мг/кг; пшеничной соломы - 51; 46 мг/кг.

6.2. Эмиссия углекислого газа почвой различного агрегатного состава

Азотминерализущая способность почв различного агрегатного состава одновреме!*-

Рис.1. Содержание углеводах компонентов в водопрочных ( — ) и нестойких ( — ) агрегатах в профиле: А - дерново-подзолистой, В - серой лесной почш, С - чернозёма оподзоленного, Д - чернозёма выщелоченного, Е - чернозёма обыкновенного на целине (I) и паше (й).

«л

см

А В С Д

Рис. 2. Содержание углеводных кошонентов в водопрочных ( — ) и нестойких ( — ) агрегатах серой лесной почвы на вариантах: А - контроль^ В - //РК, С - /Ж + известь, Д - /Ш. + известь + навоз в посевах клевера 1 (I) и £ («) года пользования.

Сорг

Оїк

мгС/1(Х)г 4000

3000

2000

1000-1

Собщ

600

500

400

300

Ста 100

500

400

300

Сн2о 25'

і!І

т?Т

НІ

•і!

Ф

¡¡!

пі

,|}т

¡!!

Мі

іії Мі Ні

її?

||]

НІ

ІІЇ

Тяті

ні

і!і

'ІІ 111

ЇГГ

ІІІ

ТГТГ тттТ ТгТТтТгТ і •* ■'•т

'і!

ІІ!

т

•І І пі

іи

'її 'і І ¡і і * •« її і

11.1 - ¡!і ‘ ,!І - іН пі III и !!і пі ІІІ III III ПЇЇ ттгг і!і ііі ІІІ ІІІ ,111 к 'і і '¡! ІІІ III ТгТ ІІІ ІІГ ІІІ 11.1. ЛІ Ш тТтт Мі Т'ТІ іії ііі ції ттп мі М? ііі ЛІ. л.і_±и гт!г ¡ІіїїііТЇЇІ ІІЇ ІІІІІІІ

Гіп ІТп Т!ії ТТТі ПІ? [!І! ІШ Сії ЇІїї ТІЇ? 1ГТГ ТТТТ

■ТіТ! ЦІ 111 п! ІІІ ГТІ 'Н ТТТІ III ІііТ ГП|] ІІІ Ііі ТІІ ІІІ іП ^ гттГ їй Г.Тт Тїї ІІІ ІІІ Т тЬ _ ЧІТТТІтіт ІІІ ш її її

¡0 іУтТ ІгТт ТТТІ Ш ТІТ? ТІТт ІТтІ ■Щ т ііі тТтТттТТІТТ?

1993 1994 1995

А

1993 1994 1995

Б

1993 1994 1995 С

Рис. 3. Динаміка углерода, в почве агрегатного состава А - 0,25-1 ш; Б - 1-3 ш; С - 3-10 ш при поступлении:

— бобового растительного вещества в пару;

■ — бобового растительного вещества год культурой;

— злакового растительного вещества в пару; злакового растительного вещества под і^гльтурой.

но оценивалась и по продуцированию 002, который как и минеральные с^ормы азота, является конечным продуктом минерализации, но в отличие от них не вовлекается в синтетические процессы в почве.

Качество растительного материала существенно влияет на динамику продуцирования, но её характер в значительной степени определяется агрегатным составом почвы, в котором протекает этот процесс. Так в вегетационный сезон 1993г на варианте с размером агрегатов 0,25-1 мм продуцирование С0£ сопровождается тремя постепенно спадапцими максимумами. Наиболее равномерно процесс протекает в почве с размером агрегатов 1-3 мм, где эмиссия СОд почвой практически не сопровождается ярко выраженными пиками, за исключением периода начала минерализации растительных остатков. Увеличение размера почвенных агрегатов до 3-10 мм приводит к изменению характера динамики 002 при трансформации растительных остатков люцерны и пшеничной соломы. Схожий характер динамики продуцирования СС£ почвой различного агрегатного состава отмечен и в вегетационный сезон 1994г. Изложенное говорит о том, что почвам с различным агрегатным составом присущ свой режим функционирования.

В среднем за 72 дня летнего периода 1993г наибольшее продуцирование отмечено в почве агрегатного состава 0,25-1 мм (табл.4).

Таблица 4

Продуцирование СО^з почвой пара с внесенным растительньм веществом (среднее за вегетационный сезон, г€/м^.сут)

! Исходный 1993 : п = 72 1994 п = 53 !

! агрегатный ! состав, мм бобовым злаковым бобовым злаковым ! і

і ! 0,25-1 11,9 11,7 5,4 і 6,8 !

! 1-3 8,7 5,4 6,5 9,6 !

! 3-Ю і 7,7 8,8 6,6 6,8 ! і

! '• НСРш ! 1,7 1,5 - ! 1.7 ! і

В вегетационный сезон 1994г максимальное количество вьщелишегося СО4 выявлено в поч ве агрегатного состава 1-3 мм с запашкой злакового растительного вещзства, а на варианте с бобовым растительным веществом различий не обнаружено.

Изучение соетавляшцих углекислотного баланса в растительном сообществе пшеницы в течение первого вегетационного сезона показало, что поступление растительных ос-

Таблица 5

Баланс углерода в агроэкосистеме пшеницы, гС/м

Растительное Общая прод укция (вРР) Чистая Поток С02 над

Размер агрегатов, мм вещество, внесенное в почву зерно солома корни всего первичная продукция (NPP) Почвенное дыхание (К) растительным сообществом (NEP) GPP: NPP

0,25-1 Бобовое 50,8 103,8 152,0 306,6 483,9 306,4 +177,5 0,63

Злаковое 23,8 66,3 88,4 178,5 282,5 206,8 +75,7 0,63

1-3 Бобовое 39,8 88,2 125,9 253,9 369,5 183,5 +186,0 0,69

Злаковое 30,7 61,7 91,0, 183,4 300,7 117,3 +183,4 0,61

3-10 Бобовое 60,2 77,2 135,6 273,0 415,7 189,7 +226,0 0,66

Злаковое 42,8 74,7 115,8 233,3 337,3 172,1 +165,2 0,69

татков люцерны и пшеничной сояомы влияет положительно на баланс углерода (табл.5). Почва в данном случае является стоком СС^. Наибольшая величина стока характерна для почвы агрегатного состава 1-3 и 3-10 мм.

6.3. Урожайность полевых кулыур

Эффект влияния агрегатного состава чернозёма выщелоченного в отношении продуктивности культур удалось выявить только в первый год исследований. В почве агрегатного состава 3-10 мм был сформирован наибольший урожай зерна пшеницы. Поступление в почву агрегатного состава 0,25-1; 1-3 и 3-10 ш растительных остатков лкцерны положительно сказалось на росте и развитии растений. На эта! варианте урожайность поле-шх едяыур была в 2 раза больше, чем при заделке пшеничной соломы.

швода

1. Ненарушенные и вовлеченные в пашню чернозёмы, серые лесные и дерново-подзолистые почвы Приенисейской Сибири, оданакоше по гранулометрическому составу, характеризуются различньм содержанием микроагрегатов. Почвы на целине по количеству истинных микроагрегатов распределяются в следащцй убывающий рад: чернозда вьигаочеш»

- серая лесная - чернозём оподзоленный - чернозём обыкновенный - дерново-подзолистая. В пахотных аналогах этих почв, за исключением чернозема оподзоленного, наблкдается уменьшение микроагрегатов на 48-100$.

2. Г^^сово-аккумулятивные горизонты целинных и пахотных почв по содержанию в них агрегатов агрономически ценного размера оцениваются как хорошо остругауренные. Характер изменения в пределах прсфшя определяется особенностями генезиса и использования почв. В пахотных почвах по сравнению с целинными отмечается изменение макроагрх гатного состава и уменьшение на 12-23?» количества водопрочных агрегатов. Снижение водопрочности структуры в серой лесной почве проявляется в наиболыдей степени, в чер>-нозёме выцелоченном - в наименьшей.

3. Образование водопрочной структуры дерново-подзолистых почв не связано с участием лабильных фракций гумусовых веществ. При низком уровне гумусированности Армирование их стругауры идёт за счет прочных органо-шнеральных соединений. Агрегирующая эф^вктишость лабильных гуьусошх веществ выявлена для серых лесных почв и черноземов. Водопрочность струкутуры серых лесных почв обусловлена фракцией "агрессивных" (|ульвокислот 0,1 н Н2504-вьггяжки. Процесс агрегирования чернозёмов вдет с участием фульвокислотной фракции лабильных г/мусошх веществ, гццролизуемых 0,1 н А/аОй, а также углеродсодержащих соеданений, переходящих в 0,1 н Н^^-нытяжну.

4. Распашка и сельскохозяйственное использование поив привода к снижению ла-

бальных компонентов гуцусошх веществ, но участие их в образовании водопрочной структуры сохраняется. '

5. Почвенные углеводы не принимают участие в образовании водопрочной структуры почв зоны травяных лесов. При их сельскохозяйственном освоении наблкдается увеличение доли углеводных соединений в водопрочных агрегатах. Образование водопрочной струк туры чернозёмов лесостепи происходит с участием гидролизуемой фракции углеводов. Вовлечение этих почв в обработку приводит к уменьшению количества углеводов в водопрочных агрегатах пахотного слоя.

6. Пошшение водопрочности структуры серых лесных почв в посевах клевера 1-го года пользования на фоне удобрений и известкования связано с увеличением количества лабильных гуцусошх веществ, в т.ч. углеводной фракции. Снижение доли "агрессивных" фульвокислот, переходящих в 0,1 н Н2Ь04-штяжку и выполнящих основную агрегирующую роль в серых лесных почвах, приводит к сокращению водопрочных агрегатов в посевах клевера 8-го года пользования.

7. Интенсишость биохимических процессов в выщелоченном черноземе определяется структурно-агрегатньм уровнем оргатзтщи- Наибольшее количество Сорг, щаточногидролизуемого углерода и легкогидролизуемого азота содержится в почвенных агрегатах размером 0,25-1 мм, аммиачного - 3-10 мм, нитратного - 1-3 мм. Трансформация бобового растительного материала сопророздается накоплением лабильных rWCOBbix веществ в почве агрегатного состава 1-3 мм. Количество углерода, вклотившегося в процессы гумификации при разложеш® фитомассы лщерны, вьше (235) в почве с размером структурных фракций 1-3 мм, чем в почве с агрегатньм составом 0,25-1 мм (65) и 3-10 мм

(11 мгС/КЮг). Максимальные потери углерода в виде COg наблюдаются в почве с агрегатами 0,25-1 мм.

8. Характеристики структурно-агрегатного состава почв лесотепи и зоны травяных лесов Приенисейской Сибири являются исходам базисом для дальнейших мониторинговых исследований.

Оцубликованные работы по теме диссертации

1. Влияние агрегатного состава почв на скорость продуцирования CQ2 и урожайность яровой пшеницы //Оцудент и научно-технический прогресс. Красноярск, 1994. 4.2. С.КВ-109. (в соавторстве с И.Ф.Шевчук).

2.Оценка потерь углерода почвой различного агрегатного состава при внесении в неё растительного вещества //Методические аспекты экспериментальной работы в исследованиях агрономического профиля: Мат-лы per. науч. конф., 1995. Красноярск, 1995.

С.18-19.

З.Ещяние агрегатного состава почв на процессы минерализации растительного вещества //Тез. докл. науч. конр. проф.-препод. состава КрасГАУ, 1995. Красноярск,

1995. С.46-48.

4.Количественная оценка углекислотного баланса почв различного агрегатного состава //Тез. докл. 2 съезда Общества почвоведов, 1996. С-Петербург, 1996. Кн.1. С.184-185.

5.Макроагрегатный состав почв таежно-лесной зоны Красноярского іфая //Молодежь и наука - третье тысячилетае. Красноярск, 1996. С.54-58. (в соавторстве с С.С.Дерид и С.В.Кочергинш).

6.Роль агрегатного состава почвы в процессах трансфорлацш отганического вацест-ва //Почвенные ресурсы, рационализация землепользования и экологическая оптимизация агроландаафгов в Приенисейской Сибири: Маг-лы per. науч. кон|>., посвящ. 150-летию со дня рожд. В.В.Докучаева, 1996. Красноярск, 1997. С.75-79.

7.Стргуктура чернозёмов Красноярской лесостепи в условиях целины и сельскохоаяйо-твенного использования //^нкционирование и охрана почвенного покрова: Мат-ды per. науч. конт). молодых ученых, 1996. Краоноярск, 1997. С.63-65.

8.Роль агрегатного состава и растительного вещества в нитриЬкационной способности чернозёма ащалоиенного //Технологии неистощотельного землепользования: Мат-лы науч. конр. прсф-.-препод. состава КрасГАУ, 1997. Красноярск, 1997. С.55-56.

9.Participation of labile organic matter in the formation of water-stable of the long seasonally frozen podzolized chernozem in Central Siberia //Cryopedology 97: 2 International Conference. Syktyvkar, 1997. P.67.