Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структурное состояние луговых текстурно-дифференцированных почв среднеамурской низменности и его изменение под воздействием антропогенного фактора

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Структурное состояние луговых текстурно-дифференцированных почв среднеамурской низменности и его изменение под воздействием антропогенного фактора"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ю

УНИВЕРСИТЕТ им.М.В.ЛОМОНОСОВА .

о

п=

-г!

ДО и-а.

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи УДК 631.434(571.6)

ХАРИТОНОВА Галина Владимировна

СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ЛУГОВЫХ ТЕКСТУРНО-ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ ПОЧВ СРЕДНЕАМУРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АНТРОПОГЕННОГО ФАКТОРА

Специальность: 03.00.27. - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в лаборатории физико-химических процессов мелиорированных почв Института водных и экологических проблем Дальневосточного отделения РАН и на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им.Ломоносова.

Научные руководители:

- доцент, кандидат биологических наук

A.С.Манучаров

- доктор географических наук /

B.И.Росликова

Официальные оппоненты:

- доктор биологических наук П.М.Сапожников

- кандидат биологических наук В.И.Андреенко

Ведущее учреждение

- Московская сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева

Защита состоится " 16 " мая 1995 г. в _часов _мин.

на заседании специализированного совета К 053.05.16 в МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119898, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах,заверенные печатью, просим направлять по указанному выше адресу.

Автореферат разослан

1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор биологических наук, доцент

Г.В.Мотузова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Большая часть пахотных земель Приамурья представлена тяжелыми минеральными почвами с неблагоприятными для роста и развития растений водно-физическими свойствами. Особый интерес как в научном плане, так и для практики представляют луговые текстурно-дифференцированные почвы, сельскохозяйственное использование которых затруднено из-за наличия* в профиле слабооструктурен-ного элювиально-глеевого горизонта.

Принято считать, что наиболее эффективное воздействие на биопродуктивность почв в условиях Приамурья оказывают осушительные мелиорации. Однако исследования последних лёт (Зархина, 1983; Гынино-ва, 1991; Росликова, 1991) показали, что только осушительные мероприятия, и именно закрытый дренаж, без обязательного проведения агромелиоративного окультуривания (внесение органических удобрений) приводят к быстрой минерализации органического вещества, деградации и распылению пахотного слоя, и в конечном итоге снижают биопродуктивность почв. Возникает острая необходимость с помощью новых методов исследования расширить познания внутренней перестройки минеральной части почв при мелиорации и с помощью нетрадиционных удобрений направить эту перестройку в более оптимальный режим.

Основные цеди работы. Установить основные закономерности влияния осушительных мелиорации на структурное состояние луговых текстурно-дифференцированных почв с помощью реологических методов исследования, а также возможные изменения структуры почв при использовании нетрадиционных органических удобрений - гидролизного лигнина и компоста на его основе.

В задачи исследования входило:

- получение количественных характеристик оценки структурного состояния основных генетических горизонтов луговых текстурно-дифференцированных почв почЕенно-реологическими методами;

- проверка применимости данных методов для оценки структурного состояния исследуемых почв на основе комплексного анализа реологических, физико-химических и физических (общая характеристика) свойств почв;

- изучение влияния на структурное состояние луговых текстурно-дифференцированных почв мелиорации и сельскохозяйственного использования;

- изучение влияния гидролизного лигнина и лигнинно-пометного компоста на структурное состояние пахотного горизонта луговых текстурно-дифференцированных почв.

Научная новизна. Впервые для луговых текстурно-дифференцированных почв Среднеамурской низменности дана количественная реологическая оценка их структурного состояния и его изменения при мелиорации и сельскохозяйственном использовании.

Изучено влияние гидролизного лигнина и компоста на его основе на продуктивность и структуру исследуемых почв. Предложено использование компоста на основе лигнина в качестве структурообразователя и органического удобрения на луговых текстурно-дифференцированных почвах.

Впервые экспериментально для исследуемых почв выявлены два уровня фиксации частиц, в структуре - ближняя и дальняя, рассчитаны их удельные мощности разрушения.

Практическая значимость. Показана применимость реологических методов для оценки структурного состояния луговых текстурно-дифференцированных почв Среднеамурской низменности и его изменения в результате мелиорации и освоения. Эти данные могут быть использованы для разработки рекомендаций рационального использования и окультуривания исследуемых почв. Получено экспериментальное подтверждение теоретических представлений о многоуровенной организации почвенных агрегатов.

Материалы по получению и использованию компостов на основе лигнина переданы в ДВ филиал ВНИПТИХИМ для практического использования и на Хорский биохимический завод для организации производства компостов на основе лигнина.

Апробация работы. Материалы работы были представлены на IY Зональном совещании "Повышение эффективности мелиорации и водного хозяйства на Дальнем Востоке" (Уссурийск, 1987), Международном совещании "Биотехнология утилизации вторичных ресурсов" (Абовян, Армения, 1988),YII1-ом Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск,1989), 11-ом Форуме почвоведов России (Пущино, 1993), 1-ом Международном симпозиуме "Здоровье экосистем и медицина" (Оттава, Канада, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем работ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти "глав, выводовсписка" литературы, включающего 126 наименований, и'Приложения. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц и 17 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. СТРУКТУРА ПОЧВЫ КАК ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ

Изучение структуры почвы как системы определенным образом организованных элементарных почвенных частиц и их агрегатов во взаимодействии с жидкой фазой почвы создало необходимость использования в почвоведении достижений коллоидной химии в области физико-химической механики дисперсных систем (Абрукова Л., 1977; Горькова, 1975; Минкин и др., 1982; Ребиндер, 1979) и привело к развитию нового направления изучения структуры почв - почвенной реологии. Реологические свойства почв, являясь функциями структуры, относятся к числу структурно-функциональных физических свойств почвы и отражают взаимодействие двух основных фаз почвы: твердой и жидкой. Реологические исследования, в отличие от других широко применяемых методов, позволяют вскрыть внутреннюю природу прочностных свойств почв, получить представление о преобладающих типах структурных связей и интегральную оценку прочности связей, участвующих в образовании агрегатов почвы, без их детализации (Абрукова Л., 1977).

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Исследовались луговые текстурно-дифференцированные почвы центральной части Среднеамурекой низменности, различающиеся положением в мезорельефе, и их мелиорированные аналоги на* территор!<и Дальневосточной опытно-мелиоративной станции (с.Бабстово Ленинского района Еврейской области в 600 км к юго-западу от Хабаровска). Опыты по 'использованию гидролизного лигнина и лигнинно-пометного компоста проводились на мелиорированных полях опытно-производственного хозяйства Дальневосточного института сельского хозяйства (в 12 км к северо-востоку от Хабаровска).

Полевые исследования по использованию лигнина проводились де-ляночным методом (Аринушкина, 1975), по использованию лигнинно-по-метного компоста - вегетационно-полевым методом (Журбицкий, 1968).

Гранулометрический и микроагрегатный анализы проведены по Н.А.Качинскому (1958), структурный анализ по П.В. Вершинину и И.В.Ревуту (Вадюнина, Корчагина, 1973), определены содержания и фракционно-групповой состав гумуса по И.В.Тюрину в модификации

В.В.Пономаревой и Т.А.Плотниковой, содержания поглощенных оснований комплексонометрически в аммонийно-ацетатной вытяжке, величины рН водной и солевой вытяжек (Аринушкина, 1975).

Специальная характеристика почв включала определение содержания легко- и труднодиспергируемых илов по Н.И.Горбунову (1974), ИК-спектрометрию выделенных илов на приборе Ш-20 (фирма Карл-Цейс, Йена) с применением КВг-техники (Степанов И., 1976), определение удельных поверхностей илов и почвы в целом методом БЭТ (Капинос, Тонких, 1986), влажности максимального набухания на приборе ПНГ-2 и влажности верхней границы пластичности при помощи конуса Васильева (Вадюнина, Корчагина, 1973).

Основное внимание уделялось структурно-функциональным реологическим свойствам, .определение которых было проведено на приборе "Реотест-2" (Манучаров, Абрукова В., 1982). . •

Глава 3. ОСОБЕННОСТИ ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ СРЕДНЕАМУРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

. Среднеамурская низменность расположена в зоне хвойно-широко-лиственных лесов. Она представляет собой .озерно-аллювиальную равнину, сложенную рыхлыми отложениями среднего и верхнего плейстоцена. Низменность относится к Тихоокеанской климатической области умеренного пояса и характеризуется континентальным климатом с муссонными чертами (Колосков, 1962). Среднегодовая сумма атмосферных осадков составляет 500-600 .мм, суша температур выше 10° С - 2200-2400° С.

Складывающиеся природно-климатические условия - избыточное поверхностное увлажнение, тяжелый гранулометрический состав почв и почвообразующих пород, неустойчивая верховодка; фиксируемая сезонной мерзлотой и пульсирующий окислительно-восстановительный режим -' определяют процессы формирования почв и их специфические черты: отбеливание подгумусовых горизонтов, конкрецие- и глееобразование, дифференциацию профиля по элювиально-иллювиальному типу (Росликова, Сохина, 1983; Костенков, 1987; Росликова, 1991).

Формирование луговых текстурно-дифференцированных почв (луговых подбелов) сопряжено с относительно низкими уровнями рельефа (первая и вторая озерно-речные террасы), где они в зависимости от экологических условий образуют сочетания и комплексы с луговыми глеевыми, торфянисто- и торфяно-глеевыми почвами. Основные массивы луговых текстурно-дифференцированных почв сосредоточены в централь-

- 7 -

ной и юго-западной частях низменности.

Луговые текстурно-дифференцированные почвы (ТДП) резко отличаются по мощности, окраске, степени выраженности структурных и текстурных особенностей отдельных горизонтов и по морфологическим признакам подразделяются на следующие группы: темные и светлые острук-туренные и переходные.

Исследуемые почвы характеризуются следующим сочетанием генетических горизонтов Ala, AI, AIEg-, BIe, В2е, Вг^С. Общими морфологическими особенностями почв являются четко выраженная дифференциация профиля по элювиально-иллювиальному типу, высокая степень гумусированности гумусово-аккумулятивных и оструктуренности иллювиальных горизонтов. С увеличением подчиненности ландшафта (светлые -темные оструктуренные почвы) мощность и степень конкреционности элювиально-глеевой толщи уменьшается, степень выраженности и ост-руктуренность иллювиальной толщи увеличивается.

По гранулометрическому составу почвы тяжелосуглинистые, имеют довольно ясную дифференциацию на более облегченную элювиальную толщу и нижнюю - тяжелую. Текстурная дифференциация связана в основном с внутрипрофильным распределением фракций ила и крупной пыли. С увеличением подчиненности ландшафта (светлые оструктуренные - темные оструктуренные почвы) в иллювиальных горизонтах увеличивается доля тонкодисперсных фракций (Гынинова, 1991;Росликова, 1991). Состав почвенных минералов гидрослюдисто-монтмориллонитовый. Поверхностные горизонты, включая элювиально-глеевый, обогащены гидрослюдами и каолинитом, в иллювиальных накапливаются преимущественно смешаннослойные слюда-монтмориллонитовые образования. По валовому химическому составу белесый горизонт по сравнению с породой и иллювиальными горизонтами обогащен кремнеземом и обеднен R2O3. В гумусовых горизонтах биогенно накапливаются кальций, магний и кремнезем (Росликова, Сохина, 1983).

Почвы высокогумусны с максимумом в гор.Al. Формируются в условиях слабокислой реакции среды. Для темных оструктуренных почв актуальная кислотность (рНводн.) изменяется в пределах 5,8 - 6,2, для светлых - 5,1 - 5,5. Обменная кислотность выше (рНкс1 4,2-5,0) и также зависит от положения почвы в мезорельефе: по сравнению со светлыми оструктуренными почвами обменная кислотность поверхностных горизонтов темных оструктуренных почв Еыше, что связано с повышенным содержанием обменного алюминия в более гидроморфных темных оструктуренных почвах. Емкость поглощения высокая (до 40 мэкв/100 г

почвы) с выраженным минимумом в элювиально-гдеевом горизонте, что связано с профильным распределением гумуса и илистой фракции. Степень насыщенности основаниями не опускается ниже 707..

Осушаемые аналоги естественных луговых текстурно-дифференцированных почв являются более сложным объектом. Как все тяжелые почвы Приамурья, вовлекаемые в сельскохозяйственное производство, исследуемые луговые текстурно-дифференцированные почвы подвергались следующим воздействиям: снятие дернины, планировка поверхности, распашка, внесение удобрений, севооборот, отчуждение урожая. Дополнительно . было проведено осушение гончарным дренажем (с.Бабстово, ДальШС, 1963-1964 гг.). При освоении почв, поскольку гумусово-аккумулятивный горизонт имеет небольшую мощность, припахиваются переходный и часть элювиально-глеевогб горизонта. . С переворотом пласта их почвенная масса выворачивается на поверхность. Влияние антропогенного фактора на нижележайще горизонты обусловлено в основном, изменением водного режима.

При освоении и осушительной мелиорации исследуемых почв наиболее значимые изменения происходят в пахотных горизонтах. По сравнению с гумусово-аккумулятивными горизонтами целинных почв резко падает содержание гумуса,, он приобретает фульватный характер, уменьшается содержание обменных оснований. Одновременно происходит резкое сокращение содержания водопрочных агрономически ценных макро- и микроагрегатов и появление глыбистых отдельностей (Гынинова, Шоба, 1988).

В элювиально-глеевых горизонтах мелиорированных почв четких закономерностей в изменении физико-химических свойств не наблюдается, "что связано с перемещением (вверх-вниз) зоны элювиирования в результате планировки территории при мелиорации и неравномерности припашки верхней части горизонта. В отличие от целинных разностей среди структурных отдельностей горизонта слоистого и листоватого . сложения наблюдаются элементы крупноплитчатого, творожистого и ик-рянистого сложения, содержание водопрочных агрегатов при этом снижается, что может свидетельствовать об одновременном протекании процессов агрегации - дезагрегации. Отмечается общая тенденция уменьшения мощности, степени выраженности и конкреционности горизонта (Росликова, 1991).

В иллювиальных горизонтах осушаемых почв проявляется влияние дренажа: отмечается уменьшение суммы поглощенных оснований, емкости поглощения и насыщенности почвенного поглощающего комплекса основа-

ниями, а также возрастание гидролитической кислотности,- происходит вынос подвижных элементов с дренажными водами. В структурном отношении горизонты не претерпевают заметных изменений, отмечается лишь своеобразная локализация соединений железа на поверхности агрегатов и в виде отдельных стяжений вблизи дрен'. .

Особую остроту приобретает проблема изучения структуры исследуемых луговых текстурно-дифференцируемых почв в связи с ухудшением структурного состояния пахотного горизонта при мелиорации и освоении.

Глава 4. СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ЛУГОВЫХ ТЕКСТУРНО-ДИФФЕРЕШЩРО- .

ВАННЫХ ПОЧВ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ОСВОЕНИЯ ' И МЕЛИОРАЦИИ

Для интегральной количественной оценки структуры почв, как показали исследования последних лет (Абрукова Л., 1977; Мйнкин и др., 1982; Абрукова В., 1988; Сапожников и др., 1991), можно использовать реологические показатели. Они, являясь функциями структуры почв, отражают структурное состояние почв на уровне элементарных почвенных частиц и микроагрегатов.

В соответствии с профильной дифференциацией гранулометрического и микроагрегатного составов и физико-химических свойств исследуемые почвы также дифференцированы и по реологическим показателям. Так минимальные значения гранулометрического показателя структур- ' ности Р и содержания микроагрегатов крупнее 0,05 мм, характеризую-' щих и определяющих потенциальную способность почвы к оструктурива-нию, в элювиально-глеевом горизонте (табл. 1) обусловливают и минимальные значения пределов прочности структуры (Pki - условный, Ркг-динамический предел текучести и Рт - предел прочности, соответствующий разрушению структурных связей) при влажности верхней границы пластичности Wf (табл. 2), при которой наиболее полно проявляются межагрегатные коагуляционные структурные связи, а также связи между отдельными микроагрегатами. В отличие от гумусово-аккумулятивного и иллювиального горизонтов, в которых агрегированные частицы обнаруживаются во фракциях мелкого песка и крупной пыли, в элювиально-глеевом горизонте образование агрегированной части микроагрегатов останавливается на стадии размерности средней пыли. При этом для горизонта отмечается и минимум содержания обменного кальция и суммы поглощенных оснований. Максимум удельной мощности разрушения струк-

Таблица 1

Общая характеристика луговых текстурно-дифференцированных почв

Разрез, Содержа- Гранулометр. Микроаг- Фактор

горизонт. Гумус, Буд., ние ила, показатель регатная дис-

глубина,см 7. м2/г % структурности фракция перс-

Р, % >0,05ммД ности

Целинные

1 Al 0-10 8,60 77 17,9 69,2 20,4 12,8

Ее 20-45 1,45 68 32,7 53,0 14,0 11,9

В1е 50-60 0,83 82 35,1 56,9 17,9 7,1

2 Al 0-13 8,28 92 20,3 74,3 19,3 9,4

Ее 20-40 1,60 72 30,1 46,1 12,4 ' 11,0

Ble 50-60 0,90 87 37,9 64,0 18,9 7,1

Осушаемые

11 АПах 0-25 3,65 73 17,0 66,8 15,6 20,0

Ее 25-35 0,84 85 31,8 50,6 12,0 13,2

Ble 40-60 0,61 86 36,4 60,5 13,2 7,4

12 Апах 0-28 4,71 88 19,8 75,6 16,1 10,6

Ее 30-50 1,22 86 28,3 42,1 9,9 10,5

В1е 60-80 0,91 114 39,9 69,6 23,8 4,8

туры Бг приурочен к гумусово-аккумулятивному горизонту, что соответствует профильному распределению гумуса.

При влажности максимального набухания когда проявляется нивелирующее действие воды, элювиально-глеевыи и иллювиальный горизонты сближаются по значениям пределов прочности, профильное распределение последних отражает распределение гумуса. Однако горизонты -различаются по реологическому поведению (цикл нагрузка-разгрузка) (рис. 1,й). Гумусовые горизонты характеризуются тиксотропией (резкое разжижение при увеличении нагрузки), что связано с предварительным разрушением водопрочной макроструктуры при развитии восстановительных условий в процессе набухания, и дилатансией (Рк1>Ркг). вызванной высоким содержанием водопрочных агрегатов при меньшей устойчивости макростуктуры.

- И -

Таблица 2

Реологическая характеристика луговых текстурно-дифференцированных почв

Разрез, горизонт, глубина,см Пределы прочности, дин/см2 Вязкость, пуаз AS, эрг/см3хс

PKI РК2 Pin Чт * Qm

Целинные .

1 Al 0-10 '8000 10400 15800 220 68 4.1Х105

.Г ) 6000 3200 3200 20 0,5 2,6х105

Ее 20-45 6900 8700 12400 770 244 7,2х104

770 500 700 20 6,3 9,1X10'д

В1е 50-60 7300 9800 16300 3000 1204 2,6x1О4

540 450 600 95 15,2 1,3х103

2 Al 0-13 12700 11500 13400 170 25 4,6х105

2500 - 950 1100 14 5,9 5,6ХЮ4

Ее 20-40 5200 7600 13200 .1470 678 3,6х104

530 400 600 50 6,1 l,8xlOJ

Ble 50-60 7100 10300 16800 3100 1204 2,8х104

1200 770 1000 110 26,9 З,6х103

Осушаемые

11 Anax 0-25 7400 9100 12400 460 124 1,2х105

1700 1100 1300 50 7,3 1,4х104

Ее 25-35 4800 9400 16500 1000 438 7,9х104

1700 1600 1800 70 7,3 2,0х104

Ble 40-60 7800 7000 15800 1750 856 2,7х104

900 200 850 50 40,0 2,0x10'

12 Anax 0-28 6400 8800 11800 450 111 1,1х105

2600 900 1600 50 25,9 1,6X10*

Ее ' 30-50 7800 11600 19000 1200 457 9,1х104

2200 1800 2000 80 7,4 2,2х104

Ble 60-80 8000 8600 13700 2300 944 2,7х104

3000 2700 3200 200 100 3,6X104

Примечание. Над чертой - реологические характеристики при влажности верхней границы пластичности под чертой - при влажности максимального набухания (№н).

В отличие от горизонта А1 образцы горизонта Е^ дают реологические кривые типичные для реопексии: при снятии нагрузки сопротивление деформации увеличивается. Появление петель реопексии для почв тяжелого гранулометрического состава происходит за счет разрушения внутриагрегатных коагуляционно-конденсационных структур (Абрукова Л., 1977) и перехода при деформации узловой "агрегатной" структуры в пространственную "регулярную" с большей прочностью за счет увеличения числа контактов в единице объема. Последнее обусловливает увеличение сопротивления деформации при снятии нагрузки. В иллювиальных горизонтах, в которых по сравнению с элювиально-глеевыми выше удельная поверхность и содержание водопрочных агрегатов, процесс перехода узловой "агрегатной" структуры в пространственную "регулярную" более выражен, больше и петли реопексии при снятии нагрузки.

2 2 Р-Ю^ш/шг

Рис.1. Реологические кривые целинных луговых ТДП, снятые при Wн

(1 - прямая ветвь, 2 -ная почва, б - гор. Ее остуктуренная, г - гор .а б . в %1

100

10

обратная): а - гор. Е^, светлая оструктурен-темная оструктуренная, в - гор.В1е, светлая Big-, темная оструктуренная. г

Рис.2. Реологические кривые луговых ТДП: а, б - гор.А1 целинных светлой и темной, соответственно; в, г - гор.Апах тех же ме-лиорированныхч почв.

P-10?juä/c

CXI

Сравнивая реологические показатели светлой и темной остукту-ренных луговых ТДП,следует отметить более выраженную тиксотропию гор. ■ А1 темной разности при что связано с его большей внешней

удельной поверхностью и, соответственно, с разрушающим действием воды. При для горизонта А1 темной разности выше Л В, что в свою очередь связано с большей полной удельной поверхностью и большим содержанием ила (табл.1). О меньшей прочности микроагрегатов гор.Ее-темной разности свидетельствуют меньшие значения петель реопексии при и удельные мощности разрушения структуры , как при_Ин так и при .

Сельскохозяйственное использование и мелиорация приводят к существенному изменению структуры поверхностных горизонтов исследуемых почв. В пахотных горизонтах резко падает содержание водопрочных агрегатов, одновременно снижаются пределы прочности, существенно уменьшается прочность структуры (табл. 2).

Большую агрегированность и устойчивость водопрочной структуры' иллювиального горизонта темной разности по данным гранулометрического и микроагрегатного анализов подтверждают, как пределы прочности, так и удельные мощности разрушения структуры Л Зг, что соответствует данным гранулометрического и микроагрегатного анализов. При сохранении величин удельной поверхности," определяющих число контактов дисперсной системы, подвергающихся деформации, изменяется качество поверхности, характеризующее прочность единичных контактов -в горизонте резко снижается содержание гумуса, что вызывает дезагрегацию и дезактивацию частиц на пашне. Но при этом снижаются тик-сотропные свойства, горизонта: на реологических кривых "появляется отсутствующая в гор. А1 целинных почв петля реопексии (рис.2). Микроагрегатный анализ подтверждает, что наряду с распылением происходит и некоторое оструктуривание: в горизонте несколько возрастает содержание пылеватых фракций.

В элювиально-глеевых горизонтах, как и в пахотных, число водопрочных агрегатов падает, но в меньшей степени, что свидетельствует об ухудшении структуры почв на макроуровне. Однако на микроуровне (уровень микроагрегатов) происходит некоторое улучшение структуры. Если фактор дисперсности практически не меняется и несколько уменьшается потенциальная способность почвенной массы к ос-труктуриванию, то содержание агрегированной части как и самих микроагрегатов размера крупной пыли существенно возрастает,что не противоречит результатам конкреционного анализа, согласно которому при мелиорации и освоении в горизонте происходит образование сгустковых форм железа и рост водоустойчивых железистых сегрегатов (Росликова, 1988, 1991). Реологические показатели подтверждают происходящие в

- и -

горизонте процессы микроагрегации: пределы прочности и удельные мощности разрушения структуры увеличиваются. При этом подпахотные горизонты темной и светлой разностей выравниваются по прочности.

Изменения реологических свойств иллювиальных горизонтов' Ble-при мелиорации трудно поддаются интерпретации. Однако неизменность показателя удельной¿мощности разрушения структуры ASf и сохранение числа водопрочных агрегатов могут свидетельствовать о том,что структурное состояние горизонтов В1е не претерпевает заметных изменений при сельскохозяйственном использовании, что также согласуется с результатами микроморфологических исследований (Гынинова, Шоба, 1988).

Глава 5. ПРИМЕНЕНИЕ ЛИГНИНА И КОМПОСТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ КАК СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ЛУГОВЫХ ТЕКСТУРНО" ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ ПОЧВ СРЕДНЕАМУРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Своеобразие климатических условий в Среднем Приамурье способствуют быстрой минерализации органического вещества и деградации пахотного горизонта, что определяет необходимость постоянного внесения органических удобрений. В этом отношении весьма перспективным считается использование гидролизного лигнина как в качестве составной части компостов, так и в натуральном виде (Рябов,1985). В Хабаровском крае количество ежегодно отправляемого на свалку лигнина может удовлетворить потребность в органических удобрениях от 5 до 10 тысяч га пашни.

Проведенные нами полевые деляночные опыты по использованию лигнина в дозах 20 т/га и 40 т/га как в чистом виде, так и на фоне минеральных удобрений свидетельствуют, что в маловодные и средние по водности годы (1980,1982) внесение лигнина незначительно улучшает структурное состояние пахотного горизонта исследуемых почв по сравнению с контролем для всех культур (соя, многолетние травы, кукуруза и овес). Экстремальные гидрологические условия 1981 г. (осадки за три летних месяца превысили среднемноголетюою норму в 2,6 раза) привели к резкому уменьшению коэффициента оструктуреннос-ти, количества водопрочных агрегатов, числа микроагрегатов размером >0,01 мм. Причем в опытах с применением лигнина коэффициент острук-туренности и водопрочности агрегатов ниже, чем на контроле.

В результате компостирования лигнина с добавлением извести для нейтрализации, мочевины для сбалансирования C/N, суперфосфата, птичьего помета и "закваски", изготовленной из специально подобран-

них лигно- и целлюлолитических микроорганизмов, для усиления ферментативных процессов было получено эффективное органическое удобрение (Тен Хак Мун и др., 1989; Харитонова и др., 1992).

Возможность и эффективность его использования проверялись на культуре овес (сорт "Союзник",класс 2) в вегетационно-полевом опыте по схеме: контроль, NPK+известь, NPK+известь+лигнин, ЫРК+известь+ компост. Норма внесения лигнина и компоста 60 т/га, извести-7 т/га, NPK - 150 кг/га действующего вещества.

Влияние лигнинно-пометного компоста на структуру пахотного горизонта луговой текстурно-дифференцированной почвы определялось по реологическим кривым и соответствующим показателям прочности структуры (рис.3, табл. 3). Анализ реологических кривых D = f(P) паст исследуемых образцов при WH и Wf по закономерности изменения тангенса угла наклона кривых позволяет выделить на кривой течения две области разрушения структуры (малых и больших напряжения сдвига) и предположить существование двух уровней взаимной фиксации частиц в структуре: ближней и дальней, по аналогии с ближними и дальними ко-агуляционными контактами.

Прочность фиксации частиц и зависимость ее от влажности можно оценить по удельной мощности разрушения структуры AS (Минкин и др.,1975). Указанная характеристика для структур ближней фиксации на один-два порядка выше, чем соответствующие величины для дальней фиксации как для влажности верхней границы пластичности, так и для влажности максимального набухания (табл.3).

По нашему мнению, ближняя фиксация характеризует связь частиц внутри микроагрегата, дальняя - связь между микроагрегатами. Вследствие дальней и ближней фиксации частиц образуется "регулярная" пространственная структура, в которой в равной степени участвуют как внутри-, так и межагрегатные связи. При фиксации в основном в первом потенциальном минимуме (ближняя фиксация) происходит формирование."узловой" пространственной структуры, что соответствует замыканию связей внутри микроагрегата и ослаблению связей между отдельными микроагрегатами.

При Wf контроль по сравнению с другими вариантами опыта имеет минимальные значения AS и максимальные значения вязкости m предельно разрушенной структуры как в случае ближней, так и в случае дальней фиксации. Сохранение в широком диапазоне влажности от Wf до WH указанных величин удельной мощности разрушения ближней фиксации говорит о преобладании в исследуемых почвах "регулярной" пространс-

Рис. 3. Реологические кривые пахотного горизонта луговой текстурно-дифференцированной почвы, снятые при

а - контроль; 0 - №К+известь; в - ИРК+известь+лигнин; г - ИРК+известь+компост

Таблица 3

Влияние удобрений на'реологические свойства осушаемой луговой текстурно-дифференцированной почвы

Пределы прочности, Вязкость, . ДБ, №

Вариант дин/см2 - пуаз хЮО

эрг/см3хс мм

РК1 РК2 Рщ №

Влажность верхней границы пластичности

Контроль 5400 6100 6700 3700 250 5; 4X10'

10300 13100 1400 310 4,9x10'

ЫРК+известь 7300 7900 10200 1100 217 3,5x10'

12600 14600 500 71 1, 9Х10!

№К+известь+ 8600 9600 10600 1200 94 4,2x10'

+ЛИГНИН 14000 17400 350 67 3,5х10!

МРК+известь+ 11700 8400 12300 450 146 1,5ХЮ!

+компост

Влажность максимального набухания

Контроль 70 50 ■ 1120 250 .1280 25,0 15,8 20,6 •-•• 2,5 2,8х102 4,7х104 -22

ЫРК+известь 80 50 980 220 1160 . 25,0 14,3 19,2 2,3 2,1х102 4,0х104 -20

НРК+известь+ +ЛИГНИН 110 190 1250 300 1620 19,0 20,0. 6,9 4,5 1,5х103 5,0хЮ4 -18

№К+известь+ +К0МП0СТ 200 ■ 160 2020 370 2150 22,9 26,4 11,8 1,5 1,2х103 8,2х104 +13

Примечание. Числитель- характеристики дальней фиксации, знаменатель - характеристики ближней фиксации.

твенной структуры с ближней и дальней фиксацией частиц. И именно это, по-видимому, обусловливает неблагоприятные структурно-механические свойства исследуемых почв: они обладают высоким сопротивлением вспашки на протяжении всего весеннего периода,а в первую половину лета при иссушении происходит резкое увеличении их плотности. Различия исследуемых вариантов по реологическому поведению при

\}ц сглажены, вследствие нивелирующего действия воды, иммобилизованной раннее в агрегатах. При переходе к различия усиливаются, происходит дифференциация вариантов по реологическим показателям. Внесение минеральных удобрений и извести приводит к резкому повышению по сравнению с контролем пределов прочности (Рк1, Ркг и Рт) ближней и дальней фиксации частиц в структуре. Дополнительное.внесение лигнина приводит к еще большему увеличению указанных показателей. В случае варианта ИРК+известь+компост происходит значительное изменение основной реологической кривой: на ней нет перегиба, соответствующего разрушению элементов структуры, образованной дальней фиксацией частиц. Величина Д Б, рассчитанная для области больших напряжений сдвига, занимает промежуточное значение по отношению к характеристикам ближней и дальней фиксации для остальных вариантов и приближается к А Б ближней фиксации при Для контроля отмечается та же тенденция. Однако если для контроля А Б ближней фиксации при и практически совпадают, то для варианта с компостом изменение влажности от до \!г вызывает возрастание ДБ ближней фиксации почти в 1,5 раза. Величина ее становится в 2,5 раза выше, чем на контроле. Последнее должно приводить к уменьшению удельного сопротивления почвы при обработке (Минкин и др., 1975).

При этом вязкость предельно разрушенной структуры г|т варианта с компостом в 3 раза ниже, чем на контроле. По-видимому, в данном случае под влиянием внесенного компоста и фоновых добавок происходит постепенный переход "регулярной" пространственной структуры в "узловую", деформация которой затрагивает только часть элементов структуры и приводит к меньшим значениям ^ т.

О действительном повышении уровня микроагрегации вещества и образовании третьего типа структур с дилатантными свойствами, обусловленными высоким содержанием водопрочных агрегатов (Абрукова В., 1988), свидетельствует и величина разности Рк1 - Ркг в 3300 дин/см2, что подтверждает анализ структуры водопрочных агрегатов,. По сравнению с другими вариантами вариант ИРК+известь+компост характеризуется максимальными значениями числа водопрочных и агрономически ценных агрегатов. Увеличение водопрочности может быть связано с уменьшением доли обменного магния в почвенном поглощающем комплексе при внесении лигнинового компоста. , .

Анализ урожая, рассчитанный на 20 растений, показал, что максимальный вес снопа и высота растений приходятся на вариант с компостом. Несколько меньший по сравнению с вариантом КРК+известь+лиг-

нин вес зерна, вероятно, обусловлен меньшей долей органического вещества в компосте, однако он достоверно выше, чем для варианта NPK+известь. Следовательно, компост обладает дополнительными улучшающими свойствами. Таким образом, внесение лигнинового компоста вызывает появление дилатантных свойств в пахотном горизонте- исследуемой почвы за счет увеличения водопрочности почвенных агрегатов. Происходит постепенный переход "регулярной" пространственной структуры в "узловую", что предполагает улучшение структурно-механических свойств п0чвы. Увеличение урожая овса в модельном опыте при внесении компоста позволяет прогнозировать повышение продуктивности исследуемой почвы.

ВЫВОДЫ

1. Целинные луговые текстурно-дифференцированные почвы Средне-амурской низменности характеризуются высоким накоплением гумуса в поверхностных горизонтах при резком снижении его содержания вниз по профилю, высокой степенью насыщенности основаниями по всему профилю, двучленностью почвенного профиля по гранулометрическому составу и степени агрегированности.

2. В соответствии с профильной дифференциацией гранулометрического и микроагрегатного составов, физико-химических свойств и содержания водопрочных агрегатов исследуемые почвы дифференцированы по реологическим показателям, которые отражают специфику структурного состояния почв, на уровне элементарных почвенных частиц и микроагрегатов.

3. При влажности верхней границы пластичности элювиально-глее-вые горизонты характеризуются минимальными значениями пределов прочности структуры, что соответствует профильному распределению агрегированной части микроагрегатов. Их образование останавливается на стадии размерности средней пыли в отличие от гор. Al и Ble, в которых агрегированные частицы обнаруживаются во фракциях мелкого песка и крупной пыли.

4. При влажности максимального набухания гумусово-аккумулятивные горизонты характеризуются тиксотропией (резкое разжижение при увеличении нагрузки) и дилатансией (Pri>Pk2). что связано с большей водопрочностью микроагрегатов по сравнению с макроагрегатами. Для горизонтов Ее и В1е отмечается реопексия, петли которой больше в последнем, обладающем повышенным содержанием водопрочных агрегатов.

5. Осушительная мелиорация и сельскохозяйственное использование неоднозначно влияют на структурное состояние поверхностных горизонтов. В пахотных горизонтах резко падает число водопрочных агрегатов, снижаются пределы прочности и удельная мощность разрушения структуры, но при этом снижаются тиксотропные свойства почвы. В элювиально-глеевых горизонтах также падает число водопрочных макроагрегатов, однако на микроуровне происходит некоторое улучшение структуры: увеличиваются как удельная мощность разрушения, так и пределы прочности структуры.

6. Внесение лигнина незначительно улучшает структурное состояние пахотного горизонта осушаемых луговых текстурно-дифференцированных почв в маловодные и средние по водности годы, во многоводные годы действие лигнина отрицательно.

7. Внесение лигнинно-пометного компоста приводит к улучшению структурно-механических свойств пахотного горизонта исследуемых почв. По сравнению с контролем повышается уровень микроагрегации вещества, реологические кривые характеризуются дилатансией, обусловленной высоким содержанием водопрочных" агрегатов, происходит постепенный переход "регулярной" пространственной структуры в "узловую". Увеличение урожая овса в модельном опыте позволяет прогнозировать повышение продуктивности луговых текстурно-дифференцированных почв при использовании лигнинно-пометного компоста.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Харитонова Г. В. Реологические исследования прочностных свойств структурных связей агрегируемых и пептизируемых илов // Повышение эффективности мелиорации и водного хозяйства на Дальнем Востоке. Тез. докл. 1У зон.научн.-техн. конф. Владивосток: ДВО АН ОХР, 1987 . 4.1. Кн.2. С. 30-31.

2. Матрошилов Ю.А., Харитонова Г.В. Влияние восстановительных условий на состояние системы гумусовых веществ в луговых глеевых отбеленных почвах. Хабаровск, 1988. 22 с. - Деп. в ВИНИТИ 14.03.88, N1975-888.

3. Харитонова Г.В., Завальнюк Ц.М. Влияние гидролизного лигнина на структурное состояние почв с дифференцированным профилем Среднеамурской низменности. Хабаровск, 1988.22 с. - Деп.в ВИНИТИ 23.05.88, М1975-В88.

4. Завалькок Н.М., Харитонова Г.В. Изменение структурного состояния и продуктивности тяжелых дифференцированных почв под воздействием лигнина // Почвообразовательные процессы в Приамурье. Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. С. 74-84.

5. Харитонова Г.В., Тен Хак Мун, Имранова Е.Л. Влияние компоста из гидролизного лигнина на физико-химические свойства луговой дифференцированной почвы и на урожайность растений // Тез. докл. YIII Всесоюзн. съезда почвоведов. Новосибирск, 1989. Кн. 3. С. 127.

6. Тен Хак Мун, Харитонова Г.В., Имранова Е.Л. Биопотенциальная способность лигнина в тяжелых дифференцированных почвах долины реки Амур// Геология и экология бассейна реки Амур. Тез. докл. Сов.- Кит. симп. Благовещенск, 1989. Ч. 111(2). С. 80-81.

7. Харитонова Г.В., Манучаров A.C., Васикова Э.Г. Влияние лиг-нинно-пометного компоста на реологические свойства глинистых дифференцированных почв Среднеамурской низменности // Почвоведение.

1992. N 7. С. 37-45.

8. Харитонова Г.В., Манучаров A.C. Реологические свойства луговых глеевых почв Приамурья и их изменение под воздействием антропогенного фактора // Вестник Моск. ун-та. сер. 17. Почвоведение.

1993. N-1. С. 38-46.

Галина Владимировна ХАРИТОНОВА СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ЛУГОВЫХ ТЕКСТУРНО-ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ ПОЧВ СРЕДНЕАМУРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АНТРОПОГЕННОГО ФАКТОРА

Автореферат Лицензия ЛР N0. 040118 от 15.10.91 г. Подписано к печати 22.03.1995 г. Формат 60x84/16 Печать офсетная. Усл.п.л. 1,2. Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 202

Отпечатано ©РЦ ИВЭП ДВО РАН 680063, г. Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65

Издательство "Дальнаука" 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 7