Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние осушительной мелиорации на свойства дерновых оглеенных почв на элювио-делювии пермских карбонатных пород

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Влияние осушительной мелиорации на свойства дерновых оглеенных почв на элювио-делювии пермских карбонатных пород"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.ЛОМОНОСОВА ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

Р Г 3 од

') '' ПИТ 1Г05 на правах рукописи

¿0 и |\ I 1и

Шихова Людмила Николаевна

Влияние осушительной мелиорации на свойства дерновых оглеенных почв на элювио-делювии пермских карбонатных пород

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1995

Работа выполнена на кафедре агропочвоведения и агрохимии агрономического факультета Вятской государственной сельскохозяйственной академии.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных

наук, профессор ]

В.В.Тюлин

Официальные оппопеты: доктор сельскохозяйственных

наук, профессор Ф.Р.Зайдельман

кандидат биологических наук И.В.Резников

Ведущее учреждение - Всероссийский Научно-исследовательский

институт земледелия на мелиорированных землях

Защита состоится "_"_1995 г.

на заседании диссертационного совета К053.05.16 в МГУ им.М.В.Ломоносова. 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "_"_1995 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Г.В.Мотузова

Актуальность исследования. Изучению дерновых оглеенных почв и их изменению после мелиорации уделяется мало внимания. Однако на востоке Гусской равнины и в Предуралье подобные почвы встречаются довольно часто в комплексе с другими зональными почвами. Они своеобразны и выделяются из зонального ряда своими свойствами. Особенно дерновые оглеенные почвы, сформированные на элювио-делю-вии карбонатных пермских отложений. Такие почвы, как правило, слабо оподзолены, имеют высокое содержание гумуса, благоприятные физико-химические свойства, довольно плодородны. Основной их недостаток - это переувлажнение. Поэтому подобные почвы интенсивно ■мелиорировались.

До последнего времени в эксплуатацию ежегодно вводились десятки тысяч гектаров осушенных земель. Анализ использования мелиорированных угодий показал, что растёт процент неиспользуемых осушенных земель. Это происходит по многим причинам: строительные недоделки, ошибки в проектировании, низкая агротехника на мелиорированных землях, нарушение или отсутствие севооборотов, недостаточное техническое обслуживание. Но главной причиной является игнорирование или недостаточный учёт особенностей формирования оглеенных почв и их режимов.

Осушительная мелиорация ведёт к значительным изменениям гидрологического режима.территории, что в свою очередь влечёт за собой изменение целого ряда свойств и режимов почв. Ещё нет полной ясности, в каком направлении меняются свойства мелиорированных почг.. Много противоречивых данных. Кроме того, конкретные факторы почвообразования, а именно: климат, рельеф, почвообразуицие породы, гидрологические условия, накладывают слои особенности на своГства заболоченных почв и их изменение после осушения.

Нарастание окислительных условий при усилении промывного режима приводит к увеличению подвижности минеральных компонентов почвы и питательных веществ. Происходят изменения в составе и свойствах гумуса. Недостаточная изученность процессов, происходящих после осушения ведёт не только к снижению плодородия почв, но и является тормозом для понимания их дальнейшей эволюции.

Не менее важна, а в последнее время наиболее актуальна, проб лема экологии земель, подвергшихся осушительной мелиорации. Это касается и земель окружающих мелиорированные территории.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - изучение и сравнение свойств дерновых оглеенных почв на пермских карбонатных отложениях и юс осушенных аналогов и выявление направления их дальнейшего развития. Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи: I. Изучить механический и химический соста минеральной части почв. 2. Изучить физические и водно-физические свойства почв. 3. Изучить содержание и состав гумуса, а также свойства и состав гуминовых кислот, как важнейшей части гумуса.

4. Дать характеристику агропроизводственным свойствам почв.

5. Выявить особенности почвообразования рассматриваемых оглееннш почв и направление их изменения после мелиорации.

Научная новизна. В результате работы над диссертацией впервые изучено изменение морфологии и состава минеральной части дерновых почв разной степени гидроморфизма после проведения осушите! ной мелиорации. Прослежены изменения физических и водно-физичесм свойств мелиорированных почв с течением времени. Впервые для дерновых оглеенных почв южно-таёжной провинции востока Русской равт ны определён групповой и фракционный состав гумуса и его изменения после мелиорации. Получены новые данные о природе и свойства? гуминоЕых кислот: по элементному составу, оптической плотности, молекулярно-массовому распределению. Выявлены тенденции изменение

гуминовых кислот после смены гидрологического режима. Дана характеристика агропроизводственных свойств неосушенных и осушенных дерновых оглеенных почв.

Защищаемые положения. На основании проведённых исследований автором защищаются следующие положения:

1. Дерновые оглеенные почвы, сформированные на элювио-делювии пермских карбонатных отложений, отличаются от зональных дерново-подзолистых почв отсутствием или слабым проявлением подзолистого процесса, специфическими особенностями состава и природы гумуса.

2. Осушение дерновых оглеенных почв ведёт к усилению элювиальных процессов, выражающихся на данном этапе развития почв в возрастании выноса в глубь профилей карбонатов и илистой фракции, изменении природы гумуса.

3. Дерновые оглеенные почвы обладают значительным потенциальным плодородием, для реализации которого требуется высокий уровень агротехники.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований могут служить основой прогнозирования и управления состоянием оглеенных почв на пермских карбонатных отложениях после мелиорации и могут быть использованы при разработке рациональных приёмов сельскохозяйственного использования и охраны мелиорированных почв и окружающих их территорий.

Апробация работы. Основные результаты" работы доложены и обсуждены на юбилейной научной конференции, посвящённой столетию со дня рождения академика К.В.Тюрина /Ленинград, 1993/; на научно-производственной конференции "Рациональное использование земельных ресурсов России" /Киров, 1993/; на научной конференции, посвященной 50-летию агрономического факультета Кировского сельскохозяйственного института /Киров, 1994/; на исероссийской конференции

"Вопросы агрофизики при воспроизводстве плодородия почв" /С-Пе-тербург, 1994/; на III Форуме почвоведов России "Органическое вещество почвы - микробиологические и биохимические проблемы" /Цу-щино, 1994/.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 рабо1] Объём и структура работы. Диссертация изложена на 203 страницах машинописного текста; состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы из 164 наименований / в том числе 8 на иностранных языках/ и приложения. Работа содержит 15 таблиц /и 7 таблиц в приложении/, иллюстрирована 18 рисунками /и 12 рисунков в приложении/.

ОСНОНЮЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В главе дана краткая история изучения почв на карбонатных пермских отложениях, показано их распространение. Рассмотрен накопленный литературный материал по влиянию оглеения на свойства различных почв. Кратко охарактеризовано состояние вопроса о составе и свойствах органического вещества /и, в частности, гумино-вых кислот/ оглеенных почв. Показана дискуссионность представле-ниГ: о направлениях эволюции переувладнённых почв после мелиораци!

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Объекты исследования. Объектами исследования послужили дерновые оглеенные почвы / глеевые и глееватые/ и их осушенные анал< находящиеся в Котельническом районе Кировской области. Осушение почв было произведено в 1977 году гончарным дренажём с междрен-ным расстоянием 18-20 м. В то же время было проведено глубокое ш лиогативное рыхление. На северо-западной окраине полигона был оставлен неосушенный участок, где изучались почвы в естественном, состоянии. Из 35 заложенное разрезов и прикопок было выбрано 8

основных разрезов: 4 на неосушенных оглеенных почвах с естественным водным режимом /2 разреза на дерново-глееватых почвах и 2 разреза на дерново-глеевых почвах/ и 4 разреза на осушенной территории, аналогичные предыдущим. Все почвы развиты на одной почвообра-зующей породе - элювио-делювии коренных пермских отложений. Парные разрезы /осушенные - неосушенные/ занимают сходные геоморфологические уровни на удалении не более 500 м друг от друга. Территория полигонов использована в сельском хозяйстве под посевами многолетних трав /клевер, тимофеевка 2-3 года пользования/.

Методы исследования. Объекты изучения анализировались камеральными, полевыми и лабораторными методами. Произведены следующие виды анализов почв: плотность почвы,гранулометрический состав -по Н.А.Качинскому /1958/;агрегатный состав - по Н.И.Саввинову /1980/; коэффициенты фильтрации - методом заливаемых площадей по Н.А.Качинскому /1958/; влажность почвы - термостатно-весовым методом. Валовой химический состав - по общепринятой методике; аморфные формы полуторных окислов - по О.Тамму; рН водной и солевой вытяжек - потенциометрически; гидролитическая кислотность - по Каппе-ну-Гильковицу; обменный кальций и магний - комплексонометрически; ёмкость поглощения - методом Е.В.Бобко и Д.Л.Аскинази в модификации П.Г.Грабарова и З.А.Уваровой; валовой азот - по Кьельдалю; обменный калий и подвижный фосфор - по Кирсанову /Аринушкина,1977/. Содержание гумуса - по И.В.Тюрину. Групповой и фракционный состав гумуса - по М.М.Кононовой-Н.П.Бельчиковой /1980/. Препараты гуми-новых кислот выделяли по Д.С.Орлову и Л.А.Гришиной /1981/. Кривые светопоглощения гуминовых кислот - на спектрофотометре СФ-14. Молекулярно-массовое распределение гуминовых кислот - методом гель-фильтрации на сефадексе С-75. Элементный состав гуминовых кислот - микрометодом сухого сжигания на автоматическом анализа-

- б -

торе СНА/фирмы ,Регк;л ДОжег".

Оформление рукописи производилось согласно общим требованиям к текстовым документам ГОСТ - 2.105-79 /СТ СЭВ 2667-80/.

Глава 3. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ Кировская область расположена на востоке Европейской части России в районе лесного Поволжья. Котельничский район, где расположен объект исследования, находится в центральной части Кировской области. Для этой территории характерно близкое к поверхности залегание коренных отложений казанского и татарского ярусов пермской' системы, представленных плотными известняками, доломитами, мергелями с прослоями песчанника и мергелистой глины. Продукты выветривания этих отложений /элювио-делювий/, представленные пестроцветными карбонатными глинами, песчанниками, известняками, иногда с примесью водно-ледниковых отложений, часто являются почвообразуклцей породой на значительной территории центральной части области. Элювио-делювий коренных пермских отложений определяет своеобразные и характерные особенности почв, сформировавшихся на данном субстрате - трещиноватость, ореховатую или крупно-ореховатую структуру подпахотных горизонтов, наличие включений обломков слабовыветрелой материнской породы.

Дерновые оглеенные почвы формируются в небольших понижениях рельефа, нижних частях пологих склонов. Наиболее характерным для изучаемых почв является смешанный тип водного питания. То есть, переувлажнение почв происходит по причине близкого залегания грунтовых вод, а также застаивания вод атмосферных осадков и поверхностного стока на водоупорных подпахотных горизонтах /0,3-0,5 м/.

Климат центральной части Кировской области характеризуется как умеренно континентальный с холодной снежной зимой и умеренным тёплым летом. Длительность безморозного периода I10-124 дня. Сред-

негодовая сумма осадков колеблется в интервале 550-600 мм. Главная особенность климата - крайне неустойчивая погода на протяжении всего тёплого периода. Каждый 5-й или 6-й год количество осадков значительно превышает норму, каждые 2-3 года август-сентябрь влажные. Характерной особенностью является частое повторение засух в поздне-весенний и ранне-летний период /конец мая - июнь/.

Глава 4. МОРФОЛОГИЯ И СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ДЕНЮВЫХ ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ ПОСЛЕ МЕЛИОРАЦИИ Морфологические описания профилей и гранулометрический состав оглеенных почв свидетельствуют о дифференциации их профилей на аккумулятивно-элювиальную и иллювиальную части. Почвы имеют средний по мощности профиль, граница свкипания проходит в пределах профиля /40-70 см/. Характерной особенностью изучаемых почв является преобладание красновато-бурых тонов в окраске их профилей из-за значительного содержания несиликатных окристаллизован-ных форм железа. Морфологически признаки гидроморфизма проявляются в виде мелких аморфных марганцовистых пятен, мелких ортштей-нов, сизоватого оттенка горизонтов. Глеевый горизонт имеет сизовато-бурый или грязно-сизый цвет с металлическим отливом.

Содержание глинистых частиц /<0,01 мм/ колеблется от 55,8 до 80,2 % в глееватых и от 45,0 до 71,7 % в глеевых почвах /табл.1/. Происходит увеличение числа глинистых частиц с глубиной. Содержание ила / < 0.001 мм/ колеблется в значительных пределах /от 11,4 до 50,0 % в глееватых и от 14,5 до 51,9 % в глеевых/. По сравнению с содержанием ила в породе /11,4 - 23,6 %/ весь профиль неосу-шенных почв характеризуется его накоплением. Максимальное количество ила характерно для иллювиальной части профилей, особенно оглеенных горизонтов, где в анаэробных условиях происходит разрушение и диспергация первичных минералов грубых фракций. В глеевых почвах

таблица I

Гранулометрический состав дерновых оглеенных почв (в процентах на бескарбонатную навеску)

' г Гориэонт)Гиггоско-|- глубина,»пиV.влягя' ом ' ' Размер част/и, мм, содержание, # 1 ? Сумма частей 0,01 , Потери 1 от обработки НС1 Зннос, накопле ние ила

1-0,25 ;о,?5-о. 05{О,05-0 » 0^0,01-0,00$ 0.005- { 1 ^ -0,001 | 0,001 1 т

Т ' 2 » 3 » 4 » 5 1 6 » 7 Г 8 » 9 » 10 II

Дерново- -глее вата я, неосушенная. разрез I

0-10 4,08 4,6 13,5 22,9 II.I 24,5 23,4 99,0 3,6 +10

10-23 4,00 3,3 18,5 21,4 12,7 15,1 29,0 56,8 3,3 +36

23-30 4,67 6,3 11,8 16,1 7,2 15,1 43,6 65,8 3,1 +105

35-45 4,80 4,3 6,7 19,6 6,7 16,5 46,2 69,4 3,5 +117

45-60 4,66 1,3 7,2 18,1 5,6 17,8 50,0 73,5 4,2 +135

65-60 4,35 0,5 0,2 19,1 9,4 27,1 43,7 80,2 15,6 +105

80-100 3,50 0,8 5,1 23,6 16,5 35,7 18,4 70,5 27,1 0

100-120 2,80 0,2 9,4 28,1 12,8 25,4 24,1 62,3 40,6 0

120-130 3,00 0,3 3,0 37,2 14,2 33,8 П,4 5915 34,4 0

Дерново-глееватая, осушенная, разрез 1а

0-15 2,78 13,2 19,3 22,5 8,0 16,2 20,8 45,0 2,7 -10

15-25 3,01 14,0 18,2 22,8 9,2 14,7 21,3 45,2 2,6 -7

25-30 3,25 16,5 14,8 23,9 9,0 14,5 22,3 44,8 3,3 -3

30-45 4,20 11,2 10,2 23,0 7,0 14,6 34,1 55,6 2,6 +48

45-60 4,65 10,6 12,3 19,4 7,4 14,9 35,4 57,7 2,7 +54

60-80 5,30 2,5 5,8 27,1 11,2 20,7 32,9 64,9 3,1 +43

80-50 4,47 0,8 5,3 31,5 13,8 21,8 26,8 62,4 3,0 +17

тШЗЯ ЫЙ Я Ы Ж т Ы м т м 8

продолжение таблиры I

I ; 1 2 Г 3 I » 4 1 1 ! 5 ! 6 1 » 7 ! I » 8 ! 9 ? Ю 1 II

Дерново-глеевая, неосушенная, разрез 3

0-15 5,06 2,5 15,51 26,1 9,4 25,6 20,9 55,9 4,6 +47

15-25 5,23 2,1 18,0 24,6 11,0 22,5 21,9 55,4 4,3 +54

25-35 4,47 0,8 13,9 25,0 7,1 11,5 47,6 60,3 3,8 +193

35-45 з,се 0,9 19,2 24,9 5,2 19,9 30,0 55,0 12,9 +111

45-55 3,67 1.1 12,7 28,1 8,8 16,3 33,1 58,2 14,8 +133

55-65 3,15 1,0 13,6 31,1 8,8 15,8 29,8 54,4 16,9 +110

65-75 3,48 0 20,2 27,1 10,8 17,8 24,3 52,8 17,2 +71

75-56 3,16 0 17,1 37,8 10,8 20,3 13,9 45,0 22,3 0

100-120 3,52 0,5 23,2 31,0 12,6 18,2 14,6 45,3 22,5 0

Дерново-глеевая, осушенная, разрез За

0-15 5,25 8,3 16,5 15,7 11,0 13,1 35,4 59,6 4,8 +34

15-25 5,35 8,7 15,5 18,8 8,5 15,0 33,4 57,0 4,9 +27

25-40 4,50 8,9 . 13,6 17,0 6,9 14,0 39,5 60,1 3,1 +50

40-60 4,13 14,0 13,5 13,5 8,1 12,3 38,7 59,1 3,5 +47

60-75 3,97 6,8 14,6 13,5 7,2 17,5 40,3 65,0 16,6 +53

75-97 3,80 4,9 14,7 14,4 9,7 20,1 36,2 66,0. 23,8 +37

100-110 3,23 7,4 11,3 19,8 6,6 22,1 32,8 61,5 24,1 +24

110-120 2,25 19,2 8,7 21,1 10,1 17,2 23,7 51,0 Л,5 0

120-140 3,24 4,8 11,3 21,2 9,3 24,3 29,1 62,7 24,7 0

продукты разрушения остаются на месте из-за слабого нисходящего тока воды, в глееватых частично выносятся в более глубокие гори- ■ зонты. По сравнению с иллювиальными, верхние горизонты значительно обеднены илом. В дифференциации профиля по гранулометрическому составу, наряду с элювиально-глеевым процессом, значительную роль играет лессшзаж. Суспензионному перемещению тонких фракций мелкозёма благоприятствует наличие пористой и трещиноватой почвенной массы, значительное содержание органического вещества, выщелачивание карбонатов, слабокислая и нейтральная реакция среды. Масштабы лессивирования значительнее в глееватых почвах,чем в глеевых, где вероятность промывания профиля мала. При приближении к границе залегания свободных карбонатов происходит коагуляция органо-минерал! ных коллоидов и далее содержание илистой фракции резко падает.

Накопление ила в иллювиальной части профилей изучаемых почв частично можно объяснить и оглиниванием. Косвенно присутствие■ этого процесса подтверждается наличием в профилях неосушенных почв неагрегированного ила, который может быть результатом оглиго вания.

На слабое развитие подзолистого процесса и ведущюю роль лес-сиважа в элювиально-иллювиальной дифференциации профилей указывает и валовой состав /табл.2/. Оглеенные почвы однороднее по химическому составу, чем автоморфные почвы данной зоны. В них меньшие масштабы выноса полуторных окислов из верхних горизонтов. Нарастающее оглеение вызывает затухание или полное исчезновение элювиальных признаков. Слабая выщелоченность от карбонатов и застойный вод ный режим полностью исключают этот процесс в глеевых почвах. Отмечаемое накопление кремнекислоты в верхних горизонтах можно рассмат рнЕать как признак элювиальных явлений. В то же время , для данно; зоны характерна значительная примесь песчаных водно-ледниковых отложений в верхней части профиля.

Валою|| соста! дерноаых оглеенных поч! /• % на прокаленную намеку/

ПочбА ГлубИкл,см Г ] 5Ю, 1—г ! I С«0 } ! I м Г"......Г I лМ | РЛ- 1 | 1 I льо I | ТА {$¡02. | 5¡Ог. | ЩОт. 1 МгО* |МгО, | Гег0ь 1 Й104 1 НьОк

Дерновая глеевате я почва, неосушенная, разрез I

0-10 68,43 15,00 6,86 1,60 2,50 2,91 1,09 0,23 0,13 0,15 1,09 7,75 26,59 6,00 2,19

23-30 65,90 16,33 7,60 1,45 3,41 3,19 0,78 0,09 0,05 0,14 1,05 6,86 23,12 5,29 2,15

45-60 64,53 16,71 7,90 1.71 3,49 3,35 0,94 0,11 0,05 0,13 1,09 6,57 21,77 5,04 2,12

60-80 60,50 15,36 7,39 7,84 3,45 3,38 0,73 0,16 0,07 0,12 0,99 6,63 21,82 5,12 2,09

110-120 46,68 10,99 4,10 30,33 3,75 2,88 0,13 0,24 0,16 0,11 0,63 7,22 33,39 5,84 2,68

Дерновая глееватая почва, осушенная, разрез 1а

0-15 74,77 11,82 4,88 1,56 2,00 2,36 1,20 0,14 0,11 0,17 0,95 10,75 40,86 8,51 2,42

25-30 74,96 11,56 4,89 1,51 1,95 2,41 1,42 0,11 0,09 0,17 0,93 11,03 40,96 8,69 2,36

45-60 68,23 14,71 7,06 1,45 3,10 3,22 0,92 0,07 0,04 0,14 1,04 7,89 25,67 4,26 2,06

60-во 66,03 15,41 8,17 1,56 3,13 3,17 1,03 0,10 0,03 0,17 1,20 7,28 21,54 5,44 1,89

Дерновая глеевал почва , неосушенная, р*зрез 3

0-15 65,90 15,56 7,44 2,99 2,48 2,83 1.П 0,25 0,22 0,14 Г,05 7,19 23,62 5,51 2,09

25-35 66,16 16,06 6,88 1,72 3,50 3,12 1.17 0,11 0,05 0,15 1,06 7,00 25,64 5,50 2,33

35-45 61,19 11,57 5,85 9,68 3,48 2,67 0,96 0,14 0,06 0,13 0,98 8,99 27,86 6,80 1,98

45-55 58,93 14,18 6,06 11,53 3,55 3,06 1,25 0,16 0,06 0,14 0,96 7,07 25,92 5,55 2,33

55-65 59,14 13,79 6,18 11,62 2,99 2,99 1,12 0,15 0,07 0,Г0 0,95 7,29 25,54 5,67 2,23

Дерновая глеевая почва , осушенная, разрез За

0-15 67,76 14,82 7,32 2,06 2,63 2,96 0.96 0,27 0,18 0,12 0,90 7,77 24,66 5,91 2,02

25-40 68,15 14,63 7,68 1,56 2,56 2,87 1,24 0,11 0,05 0,09 1,03 7,92 23,66 5,93 1,90

40-60 68,56 14,87 6,74 1.71 2,95 2,85 1,13 0,П 0,04 0,09 0,09 0,94 7,84 27ГХ4 6,се 2,21

1^-110 59,34 13,91 5,79 12,47 3,30 3,23 0,76 0,20 0,09 0,89 27,32 5,73 2,40

56,12 12,72 5,10 17,36 3,96 3,05 0,50 0,22 0,11 0,10 0,75 7,50 29,32 5,97 2,50

Неосушенные дерновые оглеенные почвы характеризуются накоплением аморфных полуторных окислов в аккумулятивной части профиля. В средней части профиля в оподзоленных и оглеенных горизонтах отмечается слабый их вынос, особенно в глееватых почвах. йшос аморфных полуторных окислов возможен при возникновении временного промывного режима.

Осушение и рыхление оглеенных дерновых почв привели к уменьшению накопления тонкодисперстного материала в верхних горизонтах и усилению его миграции в глубь профилей. Более чётко это прояв-. ляется в глееватых почвах, по сравнению с глеевыми. Довольно высокое положение границы вскипания, значительное содержание органического вещества, а для глеевых почв ещё и явления гидрогенной аккумуляции веществ в верхней части профиля, препятствуют быстрому нарастанию элювиальных процессов. На данном этапе развития почв эти процессы выражаются в усилении выноса илистой фракции почв без разрушения - лессиваже. Возникновение промывного водного режима и окислительных условий ведёт к уменьшению содержания аморфных полуторных окислов в верхних горизонтах и увеличению в иллювиальны

Глава 5. ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕНЮВЫХ ОГЛЕ-ЕННЫХ ПОЧВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ПОСЛЕ МЕЛИОРАЩ

Переувлажнённые почвы отличаются от автоморфных своим водным режимом. Местоположение почв в пониженных элементах рельефа, а так же тяжёлый гранулометрический состав и близкое залегание грунтовых вод приводят к длительному застою влаги в профиле и развитию процессов оглеения. Глобальное воздействие мелиорации на осушаемую территорию сводится к уменьшению периодов застоя влаги и усилению нисходящего тока воды в осушенной толще. (Невидно, что водный режим мелиорированных почв должен приближаться к таковому автоморфных почв данной территории. Анализ запасов влаги в профилях дерно-

вых оглеенных .почв доказывает положительную роль осушения, особенно в сочетании с глубоким рыхлением, в стабилизации водного режима. Пахотные горизонты рыхлённых почв ежегодно достигают состояния физичесной спелости на несколько дней раньше, что позволяет своевременно провести сельскохозяйственные работы. При наступлении длительных засушливых периодов влагозапасы в полуметровом слое рыхлённых почв всегда выше, чем на других вариантах. Быстрый сброс гравитационной влаги в дождливые осенние месяцы позволяет своевременно завершить полевые работы.

Наблюдения за изменением плотности осушенных почв в течение 13 лет не выявили существенных различий между осушенными и неосу-шенннми оглеенными почвами, кроме подпахотных горизонтов. В этих слоях /20-40 см/ чётко заметно возрастание плотности. Это происходит в результате применения для сельскохозяйственной обработки почвы тяжёлой колёсной техники, а также связано с фрагментарной опесчаненностью верхних частей некоторых профилей. Увеличение плотности намечается и в пахотных горизонтах дерново-глееватых почв, что, наряду с применением тяжёлой сельскохозяйственной техники, можно объяснить уменьшением содержания органического вещества.

К резкому уменьшению плотности сложения и увеличению порознос-ти ведёт глубокое мелиоративное рыхление. Максимальные отклонения от исходных значений наблюдаются непосредственно после рыхления. Однако, последействие глубокого рыхления сказывается ещё длительное время. Стабилизация плотности в глееватых почвах происходит интенсивнее, чем в глеевых, где и через 7-8 лет сохранялись зоны с меньшей плотностью.

Осушение в сочетании с глубоким рыхлением способствует образованию более благоприятного агрегатного состава: увеличению суммы агрегатов 0,5-10 мм и уменьшению суммы агрегатов<0,5 и

>10 ым. Однако при этом снижается водопрочность агрегатов, что связано с вымыванием из профиля карбонатов и полуторных окислов, являющихся "цементом", склеивающим почвенные частицы.

Осушение существенно не повлияло на водопроницаемость почв. Значительное увеличение водопроницаемости наблюдалось только в вариантах с рыхлением. Причём, различия в коэффициентах фильтрации мужду рыхлёнными и нерыхлёнными вариантами сохранились на 13-й год после этого мероприятия. Наблюдается некоторое снижение Кф в подпахотных слоях.

Глава 6. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ДЕШОШХ ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ ПОСЛЕ МЕЛИОРАЦИИ

Дерновые глееватые и глеевые почвы характеризуются относитель но высокой гумусированностью. Содержание гумуса в пахотном слое колеблется в пределах от 2,55 до 4,95 % в глееватых и от 3,69 до 7,75 96 в глеевых почвах. В иллювиальных горизонтах содержание гумуса резко снижается. Если в гумусо-аккумулятивной толще чётко выражена фульватно-гуматная природа гумуса /Срк: Сфк около 1,0/, то для иллювиальной толщи характерен гуматно-фульватный или фульватный тип гумуса. В верхней части горизонтов В некоторых профилей отмечается повышенное, по сравнению с гумусово-аккумулятив-ным горизонтом отношение Сгк: СфК /до 1,20-1,35/. По мнению А.М.Прокашева /1984/ в этом проявляется генетическая близость дерновых полугидроморфных почв с почвами со вторым гумусовым горизонтом.

В составе гуминовых кислот преобладает фракция, связанная с кальцием /рис.1/. В гумусовых горизонтах её содержание составляет 50-80 % от общего содержания ГК. Глубже 30 см гуминовые кислоты полностью представлены второй фракцией.

1Ш 2ГК ЫК НК 2'Ж Негидр.ост. Неосушенная почва: А - разрез I; Б - разрез 2«

Осушенная почва: Б - разрез 1а; Г - разрез 2а.

^ И Э iZ3 ш □

1ГК ггк IalK I'VK 24К Негидр.ост. Неосушеннал почра: А - разрез 3; Б - разрез 4.

СП

Осушенная почрг: Я - разрез За; Г - разрез 4а. I

В составе фульвокислот значительна доля наиболее подвижных и агрессивных фракций I ФК и 1а ФК. Наибольшее относительное содержание этих фракций отмечается в оподзоленной дерново-глееватой почве. Максимальная концентрация агрессивных фульвокислот приходится на среднюю и нижнюю части профилей, что свидетельствует об их интенсивном новообразовании ,в аккумулятивных горизонтах и нис ходящей миграции, как проявлении современных элювиальных процессо и тенденцию их распространения в пределах иллювиальной толщи.

Исследуемые почвы содержат значительное количество негидроли зуемого остатка /45-60 % от общего С/, что обусловлено большим ко личеством в почвах илистой фракции, и в её составе минералов груп пы монтмориллонита и гидрослюд, а также кристаллических и аморфны полуторных окислов, с которыми, как известно, гумусовые вещества образуют наиболее прочные органо-минеральные соединения.

Осушение привело к снижению содержания гумуса в пахотном горизонте глееватых почв и практически не сказалось на содержании гумуса глеевых почв. Природа гумуса аккумулятивных горизонтов, остаётся фульватно-гуматной, иллювиальных горизонтов - гуматно-фульватной или фульватной. В составе ГК остаётся преобладающей фракция 2 ГК. В средней и нижней части профиля увеличилось количество фракции 1а фульвокислот, куда она интенсивно выносится из аккумулятивных горизонтов.

Для гуминовых кислот из пахотных горизонтов изучаемых дерновых оглеенных почв был определён элементный состав /табл.3/. Его параметры находятся в пределах значений, известных для зональ ных типов почв. Содержание углерода /С, в атомных процентах/ колеблется в ГК неосушенных почв от 36,85 до 36,82 %, водорода - от 37,08 до 41,47 кислорода - от 18,96 до 21,66 азота - от 2,4 до 2,83 %. Существенных различий между глееватыми и глеевыми почвами не выявлено.

Элементный состав гуминовых кислот

Таблица з.

Окисле^ Степени Степень

Почва

Содерлание, ат.%

Атомные отношения

Н

О

№ { С:Н | С:0 '{ С:№ \ Н:С | 0:С

ность ¡окисления

бензоид-ности

неосушенная разрез I

осушенная разрез 1а

К СЙ

$ § неосушенная х ® разрез 2

Рч а>

5 осушенная разрез 2а

неосушенная разрез 3

осушенная разрез За

к

$ = неосушенная § | разрез 4

Р< о

^ 5 осушенная разрез 4а

38,22 38,98 19,97 2,83 0,98 1,91 13,51 1,02 „ 0,52 0,16 0,03 23,45

'1,72х

37,22 42,77 17,28 2,73 0,87 2,15 13,63 1,15 0,46 -0,97 -0,21 35,62

1.77

38,58 37,08 21,86 2,48 1,04 1,76 1 5,56 0,96 0,57 0,79 0,18 1 2,49 1

38,16 39,93 19,21 2,70 0,96 1,99 14,13 1,05 0,50 -0,13 -0,03 28,01 '

1,72

38,82 38,03 20,72 2,43 1,02 1,87 15,98 0,98 0,53 0,43 0,10 20,91.

1,69

38,03 37,15 22,87 1,95 1,02 1,66 19,50 0,98 0,60 1,01 0,24 4,78

1.78

36,85 41,47 18,96 2,72 0,89 1,94 13,55 1,13 0,51 -0,38 -0,09 23,96

1,81

38,37 38,28 21,27 2,06 1,00 1,80 18,45 1,00 0,55 0,53 0,12 16,69

1,74

- коэффициент с поправкой на содержание кислорода (по Орлову, 1985).

С

Из анализа элементного состава, а также атомных отношений элементов следует, что значительную долю молекул ГК составляет алифатическая часть, на ароматические структуры приходится около 20-30 %. Степень бензоидности /Орлов, 1990/ имеет величины от 12,5 до 24,0 что выше, чем в целом у дерново-подзолистых почв. Степень окисления колеблется от -0,09 до 0,18, что говорит о преобладании кислых функциональных групп в молекулах и о значительной степени гумификации, поскольку процесс гумификации в целом характеризуется нарастанием степени окисления.

•В глееватых почвах осушение ведёт к снижению содержания С, О, возрастанию доли Н в молекулах ГК. Происходят процессы декарбок-силирования и гидрогенизации. Падает степень окисления, однако степень бензоидности возрастает до 28-35,5 %, то есть, усиливаются процессы минерализации гуминовых кислот за счёт отщепления от молекул боковых алифатических частей, что приводит к снижению степени окисления, поскольку большая часть кислорода находится в составе функциональных групп алифатической части молекулы и отщепляется вместе с ней.

В ГК глеевых почв после осушения падает процент водорода и азота, а кислорода возрастает. Резко увеличивается степень окисления. Идут процессы деметилирования и окисления. Коэффициент бензоидности падает. Из этого следует, что условия осушенной глеевой почвы приводят к образованию ГК с меньшей долей участия в них бензоидных структур.

Данные по элементному составу дополняются результатами изучения молекулярно-массового распределения и оптических свойств гуминовых кислот. Они определены для ГК изучаемых почв с глубин 0-20 см, 20-30 см, 30-60 см.

Неосушенные глееватые почвы характеризуются значительной доле относительно высокомолекулярных фракций в гумусовых горизонтах.

С глубиной их доля падает и растёт доля средне- и низкомолекулярных фракций. 3 гумусовых горизонтах глеевых почв преобладают средне- и низкомолекулярные фракции. С глубиной растёт доля высокомолекулярных фракций.

Усиление минерализации органического вещества пахотных горизонтов глееватых почв выражается в уменьшении их молекулярной массы за счёт отщепления от молекул боковых алифатических составляющих.

В пахотном горизонте дерновых глеевых почв после осушения образуются более высокомолекулярные продукты. Общим для осушенных глееватых и глеевых почв является значительное увеличение доли высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений в иллювиальной части профиля, объяснить которое можно или выносом сюда с током воды ГК и образованием органо-минеральных соединений или ресинтезом в этих горизонтах ГК из осколков и продуктов разрушения ГК верхней части профиля.

Процессы,происходящие в ГК, находят своё отражение в их оптических свойствах. Значения оптических плотностей и Е-величин близки или немного меньше таковых, известных для зональных почв. Небольшие значения оптической плотности свидетельствуют о преобладании в молекулах ГК изучаемых почв алифатических составляющих. Из полученных данных следует, что оптическая плотность ГК изучаемых оглеенных почв зависит не столько от строения молекул, соотношения периферической и "ядерной" частей, сколько от содержания в молекулах ГК кислорода /степени окисления/ и, видимо, от состава функциональных групп, что требует дальнейшего исследования. На электронных спектрах поглощения ГК в видимой части хорошо заметны небольшие максимумы при 620 нм, принадлежащие спиртораство-римой Р^- фракции гуминовых кислот. Относительная доля этой фракции невелика - 3-9 % от общего количества ГК. В глееватых почвах

Рд,- фракция присутствует во всех горизонтах с максимумом содержания в оглеенном горизонте. В глеевых почвах она обнаружена только в пахотном горизонте. Осушение незначительно влияет на содержание Р^- фракции.

Глава 7. АГРОПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ Дерновые оглеенные почвы обладают благоприятными физико-химическими свойствами. рН водной и солевой вытяжек слабокислые или близкие к нейтральным в верхней части профиля, с глубиной становятся слабо-щелочными. Ёмкость поглощения колеблется от 25 до 36 мг-экв/100 г почвы в глееватых и от 30 до 40 мг-экв/100 г почвы в глеевых почвах. Среди катионов ППК доминируют кальций и магний. Доля Н+ и А1+++ незначительна. Наибольших величин гидролитическая кислотность достигает в пахотных горизонтах, до 2-5 мг-экв/100 г 1 почвы. Почвы характеризуются высокой^ степенью насыщенности основаниями. В почвах, несмотря на непромывной и периодически промывной водные режимы, интенсивен процесс выноса щелочноземельных основат По отношению к породе он достигает 25-55 Осушение тяжёлых дерновых оглеенных почв существенно не сказалось на их физико-химических свойствах. Слабая тенденция нарастания элювиальных процессов заметна по усилению выноса катионов. Почвенная кислотность, ёмкость поглощения, степень насыщенности основаниями изменились незначительно. В целом, глееватые почвы сильнее реагируют на изменение водного режима, чем глеевые. В большей мере эти особенности физико-химических свойств обязаны тому, что данные почвы сформированы на карбонатной почвообразующей породе. Поэтому, нарастание элювиальных процессов при усилении промывного водного режима частично компенсируется поступлением в верхнюю часть профиля по капилярам жёстких грунтовых вод, например в сухие периоды года. Помимо этого, в верхних частях профилей присутствуют фрагменты карбонатных горизонтов, вынесенные туда при глубоком мелио-

ративном рыхлении, которые также замедляют нарастание элювиальных процессов.

Отличительной особенностью неосушенных дерновых оглеенных почв является наличие значительного по мощности /0-25, 0-30 см/ гумусового горизонта, в котором сосредоточено от 45 до 65 % запасов гумуса и азота метровой толщи. Запасы в слое 0-100 см глеева-тых почв измеряются величинами 126-187 т/га гумуса и 9-11 т/га азота. В метровой толще глеевых почв содержится 180-210 т/га гумуса и около 10 т/га азота.

Осушение ведёт к сокращению запасов в глееватых почвах, особенно в пахотном горизонте, и слабо сказывается на запасах глеевых почв.

Неосушенные почвы характеризуются низкой обеспеченностью пахотного горизонта подвижными формами основных элементов питания, особенно доступным фосфором - 3-5 мг/100 г почвы. После осушения, в результате внесения удобрений, содержание питательных элементов повышается, не не достигает оптимальных величин.

Почвы имеют относительно благоприятное структурное состояние, со значительным количеством водопрочных агрегатов.

Дерновые оглеенные почвы являются одними из наиболее плодородных почв подзоны южной тайги. По сравнению с автоморгнили почвами в них слабо выражен подзолообразовательный процесс, они имеют лучшие условия водного и мкнерального питания. Осушение улучшает гидрологический решал этих почв, но приводит к усилению элювиальных процессов. Для повышения плодородия и сохранения благоприятных свойств этих почв после мелиорации требуется высокая культура агротехники и земледелия.

- 22 -

ШВОДЫ

1. Дерновые оглеенные почвы, сформированные на элювио-делюв! пермских карбонатных отложений, значительно отличаются по своему составу и свойствам от зональных дерново-подзолистых почв. Формирование почв на карбонатной породе в условиях переувлажнения жём кими грунтовыми водами приводит к отсутствию или слабому проявлен™ подзолистого процесса. Почвы имеют значительный по мощност! гумусовый горизонт с относительно высоким содержанием гумуса фул] ватно-гуматного состава, близкий к нейтральному рН верхних горизонтов и щелочной рН - нижних, насыщенный основаниями почвенно-поглощающий комплекс. Характерно оглинивание всего профиля по сравнению с породой и особенно иллювиальных горизонтов, отсутств: признаков значительного разрушения минеральной части.

2. Осушение слабо изменило морфологический облик почв. Усиление промывного режима проявляется в исчезновении сизоватых оттенков верхних и "потеплении" окраски глеевых горизонтов. Следы глубокого рыхления проявляются только в виде отдельных, редких и разнонаправленных трещин.

3. Данные изучения минеральной части свидетельствуют об уси лении элювиальных процессов в осушенных почвах, которые выражают ся в возрастании выноса в глубь протилей карбонатов и илистой фракции /лессиваж/. Усилению подзолистого процесса препятствует близкая к нейтральной реакция среды, высокая степень насыщенност основаниями, неглубокое залегание карбонатных горизонтов, высоко содержание органического вещестга.

4. Изменения, происходящие с минеральной частью почв после осушения, рельефнее проявляются в глееватю: почвах. Глеевые поче более инертны.

5. Осушение, особенно в сочетании с глубоким рыхлением, спс собстЕует стабилизации водного режима оглеенных почв. Быстрый

сброс гравитационной влаги позволяет своевременно начать и завершить полевые работы. При наступлении засушливых периодов влагоза-пасы в рыхлённых почвах всегда выше, чем на других вариантах.

6. Через 13 лет после проведения осушения и глубокого рыхления плотность изучаемых почв близка к исходным значениям. Но кое-где, в основном в области действия лемеха рыхлителя, сохраняются зоны с меньшей плотностью.

7. Осушение и глубокое рыхление не ведут к ухудшению агрегатного состава почв, но снижают водопрочность агрегатов в результате вымывания из профиля карбонатов и полуторных окислов,-"склеивающих" почвенные частицы.

8. Сохраняются различия в коэффициентах фильтрации рыхлённых

и нерыхлённых вариантов. Значения Кф рыхлённых вариантов значительно больше таковых на контроле и в естественных условиях.

9. Состав гумуса дерновых оглеенных почв на элювио-делювии пермских карбонатных пород характерен для тёмноцветных почв, а именно: фульватно-гуматный тип гумуса аккумулятивных горизонтов и гуматно-фульватный /фульватный/ - иллювиальной части профиля, преобладание в составе гуминовых кислот фракции 2 ГК, связанной с кальцием, значительное содержание в иллювиальных горизонтах

фракций I и 1а фульвокислот, большая доля негидролизуемого остатка. Состав и распределение гумусовых веществ по профилю сближает дерновые оглеенные почвы с почвами со вторым гумусовым горизонтом.

10. Осушение дерновых глееватых почв ведёт к усилению минерализации гуминовых кислот за счёт разрушения менее устойчивой, алифатической части и накоплению гуминовых кислот более устойчивых,

с большей долей бензоидных структур.

11. Осушение дерновых глеевых почв приводит к образованию более окисленных гуминовых кислот, с меньшей доле1-'. участия в мо-

лекуле бензоидных структур.

12. Наметившиеся изменения в составе и свойствах дерновых оглеенных почв после осушения в настоящее время следует рассматри вать как тенденции. Кардинальные изменения состава и свойств поч£ видимо, требуют более длительного времени.

13. Дерновые оглеенные почвы обладают значительным потенциальным плодородием. Осушение улучшает гидрологический режим этих почв, но приводит к усилению элювиальных процессов. Для проявлен* потенциального плодородия и сохранения благоприятных свойств данных почв после мелиорации требуется высокая агротехника и культура земледелия.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Характеристика механического состава дерново-глееватых пс на пермском карбонатном элювии после осушения //Почва, сорт, агротехника. Сб. тр. КСХИ, 1994, С. 42-47.

2. Изменение свойств оглеенных почв при осушении//Рациональ-ное использование земельных ресурсов России. Тез. докл. научн. произвол, конф., 1993, С. 58-59.

3. Последействие глубокого мелиоративного рыхления дерново-глеевых почв Кировской области//Там же. С. 55-56 /в соавторстве/

4. Физико-химический состав дерновых оглеенных почв и его изменения под влиянием осушения и глубокого рыхления//Тез. докл. науч. конф. посвящённой 50-летию агрономического факультета КСХИ. 1594, С. 112.

5. Влияние осушительной мелиорации на гумус дерновых оглеенных почв//Вопросы агрофизики при воспроизводстве плодородия почв. Тез. докл. Всерос. конф. С.-Петербург, 1994, С. 56-57.

6. Влияние мелиорации на дерновые оглеенные почвы, подстилаемые пермскими карбонатными породами//Тез. III Форума почвоведов России "Органическое вещество почв - микробиологические и биохимические проблемы. 1994, /в соавторстве/.

7. Оглеенные почвы на пермских карбонатных породах: история изучения и проблемы мелиорации//Сб. науч. тр. НИИСХ Северо-Востока. 1995, /в соавторстве/.