Влияние степени агрогенного воздействия на агроэкологическое состояние чернозема типичного ЦЧР

Кузнецов, Алексей Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние степени агрогенного воздействия на агроэкологическое состояние чернозема типичного ЦЧР
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Влияние степени агрогенного воздействия на агроэкологическое состояние чернозема типичного ЦЧР"

На правах рукописи

.(ЯП

КУЗНЕЦОВ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ АГРОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЧР

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 [ЛДР Ш

Курск-2012

005011214

Диссертация выполнена в государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии РАСХН.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Масютенко Нина Петровна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Уваров Геннадий Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Нечаев Лев Андреевич

Ведущая организация: Белгородский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится «16 » марта 2012 года в 10 часов на заседании Диссертационного Совета Д 006.016.01 в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии Россельхозакаде-мии по адресу: 305021, г. Курск, ул. К.Маркса, 70 б, ГНУ ВНИИЗиЗПЭ. Факс: (4712) 53-67-29, e-mail: vnizem@kursknet.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета. Отзывы на автореферат, заверенные печатью, в 2-х экземплярах просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан » февраля 2012 г. и размещен на сайте Высшей аттестационной комиссии в сети Интернет «5 » февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета О М.Ю. Дегтсва

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальності, темы. Антропогенное воздействие на окружающую среду во второй половине XX века резко обострило экологическую ситуацию в Российской Федерации. Вследствие нерационального природопользования, значительного сокращения работ по охране почв и земельных ресурсов сильное развитие получили процессы деградации почв. Они приводят к ухудшению экологического состояния почв, снижению их продуктивности и устойчивости (В.А. Ковда, 1989; Г.В. Добровольский,

1999, 2008 и др.). Стало совершенно очевидным, что процессы деградации почв представляют одну из самых больших угроз экологическому благополучию не только человечества, но и всего живого на Земле. Из-за чрезмерной эксплуатации и развития эрозионных процессов деградации подвержены и чернозёмные почвы - основное богатство России (Ф.И. Козловский, В.А. Чаплин, 1994; Д.И. Щеглов, 1994; А.П. Щербаков, И.И. Васенев, 1994, 1998, 1999, 2000; В.Д. Муха и др., 2006; H.H. Масютенко,

2000, 2006; Ф.Н. Лисецкий, 2009 и др.).

В настоящее время актуальной проблемой является изучение и оценка экологического состояния черноземных почв ЦЧР, подвергающихся антропогенному воздействию различной степени. Недостаточно изучены восстановительные способности черноземных почв при снятии агрогенных нагрузок. Требуют разработки и применения методы, позволяющие количественно оценивать степень агрогенного воздействия на почвы различных видов использования земельных угодий, а также проводить интегральную оценку экологического состояния почв.

Экологическое состояние естественных природных и антропогенно трансформированных систем - это совокупность физико-химических и биологических свойств, обеспечивающих выполнение ими биосферных функций (A.A. Хуторов, 2005). К таким системам относится и почва.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является изучение влияния степени агрогенной нагрузки при разных видах использования земельных угодий на агроэкологическое состояние чернозема типичного ЦЧР и его оценка. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать химические, физические, биологические свойства чернозема типичного на пашне в зернопаропропашном и зернотравяном севооборотах, бессменном пару, на залежи и пашне, прилегающей к ней, в лесополосе, бессменных посевах многолетних трав.

2. Изучить влияние снижения и повышения агрогенной нагрузки на экологическое состояние чернозема типичного ЦЧР.

3. Модифицировать методику оценки степени воздействия агрогенных нагрузок на почву.

4. Разработать метод интегральной оценки экологического состояния почвы.

5. Провести интегральную оценку экологического состояния чернозёма типичного на различных угодьях в зависимости от степени агрогенного воздействия.

Научная новизна. Впервые проведена количественная оценка степени агрогенной нагрузки на чернозем типичный при разных видах использования земельных угодий. Разработан и апробирован метод интегральной оценки экологического состояния почвы. Выявлены свойства почвы, наиболее реагирующие на изменение степени агрогенного воздействия. Разработана шкала оценки экологического состояния черноземов. На основе разработанного метода дана интегральная оценка экологического состояния чернозёмных почв в зависимости от вида использования земельных угодий, степени агрогенной нагрузки. Установлены особенности влияния степени arpo-

генной нагрузки на состав органического вещества почвы, её химические, физико-химические, физические и биологические свойства Показана регенерация свойств чернозема типичного при снятии агрогешшх нагрузок.

Практическая значимость работы. Модифицированная методика и разработанный метод могут быть использованы для оценки степени воздействия агрогенных нагрузок на почву и для интегральной оценки экологического состояния черноземов. Интегральная оценка экологического состояния чернозёма типичного в зависимости от вида использования земельных угодий и степени агрогенной нагрузки, изученная его восстановительная способность при снятии агрогенного воздействия могут быть использованы при разработке методических рекомендаций по регулированию экологического состояния черноземных почв ЦЧР, их мониторинга и ири формировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Результаты исследований были использованы при разработке «Системы показателей оценки экологической емкости агро-ландшафтов для формирования экологически устойчивых агроландщафтов» (2011).

Положения, выносимые на защиту:

1. Особенности количественного и качественного состава органического вещества и биологических свойств чернозема типичного в зависимости от вида использования земельных угодий и степени агрогенной нагрузки.

2. Закономерности изменения химических и физических свойств чернозема типичного в зависимости от степени агрогенной нагрузки на почву.

3. Снятие агрогенной нагрузки на почву при отведении её под залежь (23-24 года) приводит к регенерации свойств чернозёма типичного.

4. Бессменное парование в течение 24 лет способствует деградации чернозема типичного.

5. Метод определения и интегральная оценка экологического состояния чернозёмных почв.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены и получили положительную оценку на Международных научно-практических конференциях (Курск, 2007, 2008; Москва, 2010); Всероссийских научно-практических конференции (Курск, 2010, 2011); заседании Территориального координационного совета (Воронеж, 2009); на научно-практических конференциях Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева» (Курск, 2008, 2010); 9-й международной школе молодых ученых (Волгоград, 2009).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ, из них: две в издании, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, и одна брошюра.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, предложений ЫИУ и проектным организациям, списка литературы, включающего 302 источника, в том числе 30 на иностранных языках, содержит 30 таблиц и 19 рисунков, 6 приложений.

Благодарности. Автор выражает глубочайшую признательность и благодарность научному руководителю профессору, д.с.-х.н. Н.П. Масютенко, всему коллективу лаборатории агропочвоведения ВНИИЗиЗПЭ за поддержку, ценные консультации и помощь в работе, а также благодарит сотрудников ВНИИЗиЗПЭ за ценные советы и поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы

В главе представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, на основании которой дастся обоснование выбранного направления работы. Приводятся материалы по влиянию сельскохозяйственного использования на органическое вещество черноземных почв, их биологические, химические и физические свойства (И.В. Тюрин, 1949; М.М. Кононова, 1963; В.В. Пономарёва, Т.А. Плотникова, 1974; Д.С. Орлов, 1981, 1985, 2004; М.И. Сидоров, ILM. Зезюков, 1981; Н.Ф. Ганжара, 1986; Л.А. Трейт, 1991; A.M. Гринченко, В.Д. Муха, Г.Я. Чесняк, 1979; В.И. Кирюшин, И.Н. Лебедева, 1984; Г.И. Уваров, А.И. Иванов, 1992; Б.М. Когут, 1996, 2003; Н.П. Масютен-ко, 2003; И.Н. Шарков и др. 1997; W.M. Post and et al., 1990; E.A. Davidson and et al., 1993; R.C. Le Bayon et al., 2002 et al.). Рассматриваются проблемы оценки экологического состояния почв (Е. Одум, 1968; Л.Л. Шишов и др., 1987; М.Д. Гродзинский, 1988; Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин, 1990, 2000; Б.В. Виноградов, 1998; Т.А. Трифонова, и др., 2003; В.А. Черников, И.Г. Грингоф, В.Т. Емцев и др., 2004; A.B. Смагин и др., 2006; С.А. Балюк, II.H. Мирошниченко, А.И. Фатеев, 2008; Т.А. Трифонова, Н.В. Мищенко, Д.А. Будаков, 2007; A.C. Фрид, 2009; A.C. Яковлев, В.М. Генду-гов, Г.П. Глазунов и др., 2009 и др.). Выявлено, что вопросы оценки экологического состояния почв, методы его оценки, а также методы количественной оценки степени антропогенной нагрузки на почву разработаны недостаточно.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Глава 2. Объекты, условия и методика проведения исследований

Исследования проводились в течение 2007-2010 гг. на территории многофакторного полевого опыта ГНУ ВНИИЗиЗПЭ (Курская область, Медвенский район) на склоне северной экспозиции крутизной до 3°. Рассматриваемая территория входит в состав ЦЧР и находится в средних широтах умеренного пояса, на юго-западных склонах наиболее возвышенной части Среднерусской возвышенности, характеризуется умеренно-континентальным климатом, приподнятым расчленённым характером поверхности, сочетанием чернозёмов с серыми лесными почвами.

Объектами исследования были чернозёмы типичные среднемощиые тяжелосуглинистые в лесополосе (27-28 лет); на залежи (23-24 года) и на пашне (23-24 года) на следующих вариантах: без удобрений, зернопаропропашной севооборот, 6-я ротация (ЗППС); без удобрений, зернотравяной севооборот, 6-я ротация (ЗТС); без удобрений, зерновой севооборот, (ЗС); без удобрений, многолетние бессменные травы (МТ); без удобрений, бессменный пар (БП). На пашне применялась отвальная обработка почвы.

Предметом изучения являлись органическое вещество и химические, физические, биологические свойства чернозема типичного.

Оценка изучаемых объектов по степени агрогенного воздействия. Согласно модифицированному нами методическому подходу (Н.П. Масютенко, A.B. Кузнецов, 2010), основанному на оценке влияния вида растительности, сельскохозяйственной культуры, севооборота, обработки почвы на трансформацию органического вещества почвы, оценена степень агрогенной нагрузки на почву изучаемых объектов в баллах (рис.1). По степени возрастания агрогенной нагрузки на чернозём типичный изучаемые объекты располагаются следующим образом: лесополоса < залежь < МТ < ЗТС < ЗС < ЗППС < бессменный пар.

Рис. 1. Оценка степени воздействия агрогенных нагрузок на чернозём типичный изучаемых угодий

Климатические условия. Период с ноября 2006 г. по октябрь 2007 г. был очень теплым. Среднегодовая температура воздуха составила + 8,5 что выше средне-многолетних значений на 2,6°. Осадки в течение года распределялись неравномерно. В целом за год осадков выпало ниже нормы на 62,9 мм (547,1 мм). Погодные условия в 2008 сельскохозяйственном году характеризовались колебаниями температурного режима и неравномерным выпадением осадков. Средняя температура воздуха за сельскохозяйственный год за счёт аномально теплых периодов оказалась на 2,1е выше нормы и составила 7,7 °С. Осадков в делом за год выпало 479 мм, что составляет 78,5% от климатической нормы.

Методика проведения исследований. Наблюдения, анализы и учет проводились согласно существующим методикам, принятым в полевых и лабораторных исследованиях по почвоведению и общему земледелию. Для изучения гумусного состояния почвы, агрохимических свойств, содержания микробной биомассы отбор смешанных почвенных образцов на всех объектах исследования проводился по диагонали делянок из 6 точек буром по глубинам 0-25 см и 25-50 см. Для определения структурно-агрегатного состава в поле по глубинам 0-25 см и 25-50 см в 3-х кратной повторности отбирали ненарушенные образцы почвы (монолиты) весом более 1 кг. Содержание негумифицированного органического вещества (НОВ) и плотность почвы определяли бурами объемами 500 см3 и 250 см3 в слоях 0-10 см, 10-20 см, 20-25 см, 25-35 см, 3545 см, 45-50 см согласно методике. Почвенную макрофауну определяли методом почвенных раскопок с послойной ручной разборкой почвы в трехкратной повторности один раз за вегетационный сезон после уборки урожая. Надземную фитомассу и урожайность сельскохозяйственных культур определяли методом пробных площадок в 5-кратной повторности. Кроме того, были заложены и обследованы почвенные разрезы на залежи, на прилегающей к залежи пашне (ЗС) и в водорегулирующей лесополосе. По их генетическим горизонтам были отобраны образцы для изучения химических, физических и биологических свойств почвы.

Изучались следующие характеристики почвы.

А. Биологические показатели:

• Содержание углерода микробной биомассы (МБ) в свежих почвенных образцах - регидратационным методом (С .А. Благодатский, Е.В. Благо датская, АЛО. Горбенко, Н.С. Паников, 1987).

• Надземная фитомасса и урожайность - вручную, методом пробных площадок (К.А. Доспехов, 1973).

• Почвенная макрофауна - методом почвенных раскопок с послойной ручной разборкой почвы (М.С. Гиляров, 1975).

Б. Показатели гумусного состояния почвы:

• Содержание гумуса (Г) - по методу И.В. Тюрина в модификации Б.А. Никитина со спектрофотомстрическим окончанием по Д.С. Орлову и Н.М. Гриндель (Б.А. Никитин, 1972; Б.А. Никитин, 1983).

• Групповой и фракционный состав гумуса - по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономарёвой и 'Г.А. Плотниковой (В.В. Пономарёва, Т.А. Плотникова, 1980).

• Лабильные гумусовые вещества (ЛГВ) и их состав в 0,1 н. вытяжке NaOH по методике Почвенного института с предварительным компостированием (Рекомендации для исследования..., 1984).

• Негумифицированное органическое вещество (НОВ) - методом монолитов с последующим отмыванием на ситах (Доспехов и др., 1987).

В. Физические свойства:

• Влажность почвы - весовым методом (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986).

• Плотность почвы - буровым методом по Н.А. Качинскому (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986).

• Структурно-агрегатный состав почвы - по методу Н.И. Саввинова - сухое и мокрое просеивание (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986).

Г. Показатели химических свойств:

• Содержание общего азота - по Кьельдапю (Агрохимические методы исследования почв, 1975).

• Щелочногидролизуемый азот - по методу Корнфильда (Агрохимические методы исследования почв, 1975).

• Подвижные формы фосфора и калия - по методу Чирикова (Агрохимические методы исследования почв, 1975).

• Обменные основания - трилонометрическим методом (Агрохимические методы исследования почв, 1975).

■ рН солевая и рН водная - потснциометрическим методом (Л.Н. Александрова, О.А. Найденова, 1976).

Для обработки полученных данных применялись статистические методы анализа (Е.А. Дмитриев, 1972; Б.А. Доспехов, 1985) с использованием программных средств Microsoft Office EXCEL, STATISTICA.

Глава 3. Особенности состава органического вещества чернозема типичного в

зависимости от вида землепользования и степени агрогенной нагрузки 3.1, Содержание и запасы гумуса в чернозёме типичном

Исследованиями установлено, что содержание и запасы гумуса в слое почвы 025 см чернозёма типичного изучаемых земельных угодий с увеличением степени агрогенной нагрузки уменьшались, соответственно, в 1,4 и 1,2 раза в ряду: лесополоса —► залежь —> пашня, ЗС —» пашня, ЗТС —> пашня, ЗППС —> пашня, БП (табл.1). В слое почвы 25-50 см особенности содержания гумуса в почвах изучаемых угодий были в целом аналогичными, но величины ниже, чем в слое 0-25 см. Для определения значимых различий была определена наименьшая существенная разность между средними показателями гумусного состояния чернозёма типичного (табл.2). Вниз по профилю чернозёма типичного на рассматриваемых объектах отмечается постепенное умень-

шение содержания гумуса. Наибольшие запасы гумуса в слоях почвы 0-5 см и 0-100 см выявлены в почве на залежи.

Таблица 1. Содержание и запасы гумуса в чернозёме типичном _в зависимости от вида угодья_

Угодье Слой почвы, см 2007 год 2008 год

Содержание гумуса, % Запасы гумуса, т/га Содержание гумуса, % Запасы гумуса, т/га

Водорегулирующая лесополоса 0-25 6,47 160,3 6,70 164,8

25-50 5,48 142,6 5,50 143,8

Залежь 0-25 6,22 158,6 6,28 164,0

25-50 4,76 124,9 4,86 127,6

Многолетние травы 0-25 - - 5,34 149,1

25-50 - - 4,62 120,9

Пашня, ЗТС 0-25 5,34 146,9 5,23 144,3

25-50 4,34 114,5 4,30 111,3

Пашня, ЗС 0-25 5,39 151,0 5,44 149,0

25-50 4,60 122,1 4,71 122,7

Пашня, ЗППС 0-25 5,18 145,7 5,13 140,2

25-50 4,42 117,5 4,40 115,5

Пашня, бессменный пар 0-25 4,60 135,9 4,65 137,7

25-50 3,92 102,6 4,08 106,5

Примечание: - отбор почвенных образцов не производился

Таблица 2. Наименьшая существенная разность (НСР) между средними _показателями гумусного состояния чернозёма типичного

Показатели Глубина, см НСР 0,05

Общий гумус, % 0-25 0,12

25-50 0,07

Лабильные гумусовые вещества, мг/кг почвы 0-25 310

25-50 240

Лабильные гуминовые кислоты, мг/кг почвы 0-25 168

25-50 140

Негумифицированное органическое вещество, т/га 0-25 0,5

25-50 0,05

3.2. Содержание лабильных гумусовых веществ и негумифицированного органического вещества в черноземе типичном

Лабильные гумусовые вещества и негумифицированное органическое вещество составляют лабильную часть органического вещества в почве. Содержание НОВ в почве на изучаемых угодьях с увеличением агрогенной нагрузки снижается (рис.2). Наибольшие запасы НОВ среди всех угодий в слоях почвы 0-25 см и 25-50 см отме-

чены на залежи и в водорегулирующей лесополосе, В слое почвы 0-25 см в бессменном пару они были меньше, чем на залежи и в лесополосе, соответственно, в 25-34 раза и к 20-36 раз и практически не изменялись по годам. Это связано с полным отсутствием на бессменном иар\ растительности. Запасы НОВ в почвах на изучаемых сельскохозяйственных угодьях изменялись но годам в зависимости от вида возделываемой культуры и гидротермических условий.

С запасами в почве НОВ тесно связано содержание ЛГВ, коэффициенты корреляции равны 0.83-0,95. 'ho вероятно связано с тем. что образование ЛГВ происходит главным образом в процессе гумификации НОВ. Содержание ЛГВ в почве на сельскохозяйственных угодьях при снижении степени агрогенной нагрузки увеличивается в ряду: бессменный пар —» пашня, ЗС пашня. ЗТС —> залежь —> лесополоса, - в слое 0-25 см в 3,1-3.2 раза, в слое 25-50 см в 2,6-3.1 раза в зависимости от года исследований (рис.3). В изучаемых слоях почвы количество ЛГВ более резко изменялось в •экосистемах, менее подверженных антропогенной нагрузке.

Агрогенная нагрузка, баллы

I 0 I О I 3,25 I 7 | 8,5 I 12 |

Рис. 2. Запасы НОВ в чернозёме типичном в зависимости от степени агрогенной нагрузки

Агрогенная нагрузка, баллы

| 0 | 0 | 2 1 3,25 | 12 |

Рис. 3. Содержание СЛгв в чернозёме типичном в зависимости от степени агрогенной нагрузки

3.3. Компонентный состав органического вещества чернозема типичного

Исследованиями установлено, что основную часть органического вещества (OB) чернозема типичного составляет гумус (94-99%) (табл.3). Доля инертного гумуса (ИГ) в OB на исследуемых угодьях колеблется в пределах от 80 до 93%, ЛГВ - от 7.1 до 15,5%, НОВ - от 0.1 до 5,8%, МБ - от 1,7 до 3.2%. Возрастание аг рогенной нагрузки на чернозём типичный приводит к некоторому увеличению доли гумуса и к значительному снижению доли НОВ в составе OB почвы как в слое 0-25 см (в 29 раз), так и в 25-50 см (в 15 раз) в следующем ряду: лесополоса —> залежь —> пашня. ЗТС —> пашня. ЗС —> пашня. ЗППС —» пашня, бессменный пар.

При увеличении агрогенной нагрузки в черноземе типичном на изучаемых угодьях, за исключением бессменного пара, отмечается уменьшение в OB доли ЛГВ из-за снижения относительного содержания лабильных гуминовых кислот (ЛГК). Доля ЛГК в OB в слоях почвы 0-25 см и 25-50 см снижалось, соответственно, в 8,6 и 6.3 раза в ряду: лесополоса —» залежь —> пашня. ЗТС —> пашня. ЗС —» пашня, бессменный пар. Доля же лабильных фульвокислот (ЛФК) в OB в верхнем слое почвы на этих же угодьях изменялась незначительно.

МБ составляет небольшую долю от OB (1,7-3,2%.). Наибольшая доля МБ в OB выявлена в слое 0-25 см чернозёма типичного в лесополосе, на залежи и на пашне с ЗПГ1С. Последнее, возможно, объясняется активирующим последействием чистого пара на микробоценоз почвы при достаточном поступлении в почву органических остатков. Минимальная доля МБ в OB в слое почвы 0-25 см в ЗС вероятно обусловлена низкой влажностью почвы близкой к влаге завядания. В бессменном пару в слое 0-25 см доля МБ в OB по сравнению с почвой в лесополосе и на залежи меньше примерно в 1,6-1,9 раза, но больше, чем на пашне с ЗС. В слое почвы 25-50 см на всех вариантах пашни доля МБ в OB была выше, чем в слое 0-25 см, и изменялась незначительно (от 1,8 до 2,5%). Доля микробной биомассы в OB определяется как степенью агрогенного воздействия, так и гидротермическими условиями, сложившимися в почве.

Таблица 3. Компонентный состав органического вещества чернозема типичного

на изучаемых угодьях

Угодье Глубина, см Сг Сдав Сиг 1 Сдгв Слгк Слфк Смб МГ Смв в 1 г

в % от Сов гумуса ЛГК

Лесополоса 0-25 94,2 5,8 79,9 14,3 6,9 7,4 2,8 18 239

25-50 98,5 1,5 84,9 13,6 5,7 7,9 2,5 15 259

Залежь 0-25 94,4 5,6 79,6 14,8 6,4 8,4 3,2 20 294

25-50 99,1 0,9 84,2 14,9 5,1 9,8 2,6 15 299

МТ 0-25 96,0 4,0 80,5 15,5 6,5 9,0 2,1 13 189

25-50 99,3 0,7 88,6 10,6 3,2 7,5 2,3 14 424

Пашня, ЗТС 0-25 97,6 2,4 84,3 13,2 4,8 8,4 1,8 11 218

25-50 99,7 0,3 90,6 9,1 1,5 7,6 2,5 14 967

Пашня, ЗС 0-25 97,6 2,4 87,1 10,5 3,5 6,9 1,5 9 239

25-50 99,7 0,3 92,6 7.1 1,1 6,0 1,9 11 1003

Пашня, ЗППС 0-25 97,7 2,3 82,6 15,1 5,9 9,2 1,9 И 183

25-50 99,8 0,2 90,5 9,3 1,5 7,8 1,8 10 680

Пашня, БП 0-25 99,8 0,2 92,7 7,1 0,8 6,3 1,7 10 1216

25-50 99,9 од 92,7 7,1 0,9 6,2 2,1 12 1295

Примечание: Сг - углерод гумуса; Снов - углерод негумифицированного органического вещества; Сиг - углерод инертного гумуса; Слгв - углерод лабильных гумусовых веществ; Слгк - углерод лабильных гуминовых кислот; Слфк - углерод лабильных фульвокислот Смб - углерод микробной биомассы; ЛГК - лабильные гуминовые кислоты.

Установлено, что с увеличением степени агрогешюй нагрузки биогентость гумуса верхнего слоя почвы снижается, а биогенность ЛГК в слое 25-50 см увеличивается в ряду: залежь --» многолетние травы —> пашня, ЗТС —» пашня, ЗС —> пашня, БП. Следует отметить, что на пашне характерной особенностью является более высокая биогенность ЛГК в слое почвы 25-50 см, чем в 0-25 см. Обнаруженные общие закономерности компонентного состава OB на изучаемых угодьях сохранялись в изучаемые годы.

3.4. Фращионпо-гружовой состав гумуса чернозема типичного в зависимости от вида угодий Фракционно-групповой состав гумуса в черноземе типичном в зависимости от степени агрогенной нагрузки имеет свои особенности (табл.4). При минимальной

Таблица 4. Фракционно-групповой состав гумуса чернозема типичного в различных угодьях (С, % от Сои-)

Угодье Глубина, и Фракции ГК Фракции ФК © + У к ^ о я Й о 5 О £мг/мл Сгк

см о О ГК-1 ГК-2 гк-з Сумма ФК-1а ФК-1 ФК-2 ФК-3 Сумма а J-H & ° 5 >5 С 3 и ^ К й Й

Лесополоса 0-25 3,88 4,1 30,8 10,6 45,5 2,6 4,3 2,4 11,9 21,2 66,7 33,3 2,1 15,37

25-50 3,19 2,6 34,7 11,3 48,6 3,2 3,9 4,0 9,5 20,6 69,2 30,8 2,4 15,39

Залежь 0-25 3,69 3,7 31,3 12,3 47,3 3,0 4,9 2,5 9,2 19,6 66,9 33,1 2,4 14,94

25-50 2,82 U 36,1 8,7 45,9 3,7 3,4 1,1 8,0 16,2 62,1 37,9 2,8 16,92

Многолетние 0-25 3,10 3,2 35,2 11,4 49,8 2,6 5,3 0,8 7,8 16,5 66,3 33,7 3,0 16,53

травы 25-50 2,67 1,0 37,4 9,3 47,7 3,3 3,5 1,2 11,0 19,0 66,7 33,3 2,5 17,90

Пашня, ЗС 0-25 3,16 2,1 33,0 8,9 44,0 3,2 3,0 2,4 8,3 16,9 60,9 39,1 2,6 14,56

25-50 2,73 0,6 33,9 8,1 42,6 3,5 3,6 3,9 8,3 19,3 61,9 38,1 2,2 14,70

Пашня, ЗТС 0-25 3,04 3,3 32,0 9,7 45,0 3,1 5,0 3,1 8,8 20,0 65,0 35,0 2,3 14,62

25-50 2,55 1,0 35,0 6,9 42,9 3,2 3,4 4,7 8,2 19,5 62,4 37,6 2,2 14,86

Пашня, ЗППС 0-25 2,97 2,8 34,9 8,7 46,4 3,3 4,2 2,2 6,6 16,3 62,7 37,3 2,8 14,75

25-50 2,55 1,0 36,0 8,2 45,2 3,4 2,7 3,9 6,9 16,9 62,1 37,9 2,7 15,54

Пашня, бессменный пар 0-25 2,73 2,6 36,3 10,9 49,8 2,2 4,2 8,6 7,7 22,7 72,5 27,5 2,2 13,94

25-50 2,37 0,3 35,5 9,6 45,4 3,0 2,7 3,2 11,1 20,0 65,4 34,6 2,3 17,19

Емг/мл

_________сге — индекс оптической плотности гумшювых кислот.

агрогенной нагрузке в лесополосе и на залежи особенности фракционно-группового состава гумуса в черноземе типичном определяются видом растительности. В водорегулирующей лесополосе при минимальной степепи агрогенной иагрузки в слое почвы 0-25 см по сравнению с залежыо отмечено снижение содержания гуминовых кислот (ГК) за счет гуминовых кислот, связанных с кальцием (ГК-2) и с глинистыми минералами (ГК-3); а по сравнению с почвой на залежи и пашне с севооборотами - повышение содержания гуминовых кислот, связанных с подвижными окислами (ГК-1), фуль-вокислот (ФК) и фульвокислот, связанных с глинистыми минералами (ФК-3).

На залежи при минимальной степени агрогенной нагрузки, но в условиях травянистой растительности в слое почвы 0-25 см в составе гумуса отмечается повышенное содержание гуминовых кислот (47,3 %) за счет повышенного содержания фракций ГК-1 и ГК-3 (гуминовых кислот, связанных с полуторными окислами и глинистыми частицами) по сравнению с почвой в лесополосе и на пашне с севооборотами. Бессменное возделывание многолетних трав способствует высокому содержанию в составе гумуса гуминовых кислот (49,8% от Сорг) в слое 0-25 см чернозема типичного за счет повышенного содержания всех трех фракций.

В почве на пашне с ЗС и ЗППС наблюдается снижение содержания гуминовых кислот и фульвокислот и увеличение негидролизуемого остатка (гумина). Полученные данные свидетельствуют о замедлении процессов гумусообразования и об усилении минерализации гумуса в почве на пашне. Фракционно-групповой состав гумуса чернозёма типичного в пределах почвенного профиля имеет свои особенности в зависимости от вида сельскохозяйственных угодий. Так, в лесополосе зафиксировано повышенное содержание ГК в гор. АВ в слое почвы 72-81 см (48% от Сорг). Это, возможно, связано с особенностями гумусообразования и периодически промывным водным режимом в лесополосах. В слое почвы 0-5 см на пашне с ЗС обнаружено повышенное количество ГК. Увеличение количества гуминовых кислот при одновременном уменьшении содержания общего гумуса и негидролизуемого остатка (гумина) свидетельствует о интенсивно идущем процессе минерализации.

3.5. Оценка гумусного состояния чернозема типичного в различных угодьях (по Л.А. Гришиной иД.С. Орлову, 1978)

Чернозем типичный в лесополосе и на залежи в слое 0-20 см характеризуется высоким содержанием гумуса, а на пашне - средним, т.е., при увеличении агрогенной нагрузки оно снижается. При этом в метровом слое почвы в лесополосе, на залежи и пашне отмечался высокий уровень запасов гумуса (> 400 т/га), а в сдое 0-20 см -средний. Профильное распределение гумуса на изучаемых угодьях было постепенно убывающим. Обогащенность гумуса азотом на залежи и пашне изменяется от низкой в слое почвы 0-50 см вниз по профилю чернозёма типичного до очень низкой. В лесополосе она не изменяется и имеет низкий уровень.

Степень гумификации органического вещества в слое почвы 0-5 см на залежи и в лесополосе высокая, причем вниз по профилю она возрастает и становится очень высокой (>40), а в почве на пашне с ЗС уровень рассматриваемого показателя был неизменно очень высоким. Тип гумуса в почве на изучаемых угодьях не зависел от аг-рогенного воздействия, на залежи и в лесополосе до 80 см характеризовался как гу-матный, вниз по почвенному профилю в гор. Вк (в слоях 90-100 см и 96-106 см) он становится фульватно-гуматным, а на пашне по всему профилю гуматный. Содержание ГК-1 (подвижных) в почве па изучаемых угодьях оценивается как очень низкое, что является характерной чертой этого типа почв, но больше в слое почвы 0-25 см на

•залежи и н лесополосе. Содержание ГК-2 (связанных с Ca2') в слое почвы 0-25 см на изучаемых угодьях было высоким, а в нижележащих слоях - очень высоким, что является главной характерной чертой гумусового горизонта типичного чернозема. Содержание ГК-3 (прочносвязанных) в гумусе зависит от вида угодья и степени агрогенно-го воздействия. В лесополосе и на залежи в слое почвы 0-5 см оно было высоким, а ниже по почвенному профилю снижалось до среднего уровня, а на пашне с ЗС весь почвенный профиль характеризовался средним содержанием ГК-3.

Содержание и распределение негидролизуемого остатка по профилю чернозёма типичного определяется видом угодья и агрогениым воздействием на него: на залежи низкое; в лесополосе в слое 0-5 см - среднее, вниз по профилю - низкое; на пашне в слое почвы 0-5 см низкое, в слоях до 5-50 см - среднее, ниже по профилю - низкое. Оптическая плотность гуминовых кислот на пашне по всему почвенному профилю оценивается как высокая, а в лесополосе изменяется от высокой в слое 0-81 см до средней в слое 96-106 см.

Глава 4. Влияние степени агрогенного воздействия на биологическое состояние чернозёма типичного

Важнейшими показателями биологического состояния почвы являются микробная биомасса, дождевые черви, уровень биологической продуктивности и урожайность сельскохозяйственных культур. Исследования показали (рис. 4), что наибольшее содержание углерода МБ отмечено в слое 0-25 см чернозема типичного на объектах, практически не подверженных агрогенному воздействию, т.е. в лесополосе и на залежи. Это связано с обогащенностью данного почвенного слоя органическим веществом и, вероятно, с благоприятными для развития почвенных микроорганизмов почвенными условиями. В слое почвы 25-50 см по сравнению с верхним слоем 0-25 см в лесополосе и на залежи содержание МБ уменьшалось на 12,2-30,0 % и 18,9-37,5%, соответственно, но, тем не менее, оно было выше, чем в пахотной почве (в севооборотах и в бессменном пару).

Рис.4. Влияние агрогснной нагрузки на содержание углерода микробной биомассы (Смб) в чернозёме типичном в 2007-2008 гг.

Сельскохозяйственное использование чернозема типичного приводит к снижению содержания углерода МБ в основном в слое 0-25 см по сравнению с залежью и лесополосой, причем уровень снижения зависит от степени агрогенного воздействия и гидротермических условий года. В условиях 2008 года (повышенная температура и повышенное количество выпавших осадков в 1 и 2 декаде июля) наблюдается сильная обратная связь между содержанием в почве МБ и степенью агрогенных нагрузок, коэффициент корреляции составляет - 0,8. В 2007 году связь ниже, средняя обратная, коэффициент корреляции равен 0,5. Это связано с более высоким содержанием МБ в почве на пашне в 2007 году и с резко сниженным её содержанием в слое почвы 0-25 см на пашне с ЗТС из-за действия случайного пирогенного фактора (сжигания соломы и пожнивных остатков озимой пшеницы). Различия в содержании углерода МБ в слое 25-50 см на пашне с севооборотами незначительны.

На залежи и в лесополосе характер распределения содержания углерода МБ по почвенному профилю чернозема типичного постепенно убывающий, наиболее резко на залежи, а на пашне от слоя 0-5 см до 25-50 см содержание МБ увеличивается на 34,8%, а затем убывает. Такое распределение содержания МБ в почвенных горизонтах пашни, вероятно, объясняется неблагоприятными для развития микроорганизмов гидротермическими условиями (пересыхание верхнего почвенного слоя).

Максимальное количество дождевых червей на 1 м2 в слое 0-50 см отмечается в почве под многолетними травами (121,3 шт./м2), а в лесополосе и залежи их содержание было в 1,3 и 1,4 раза меньше, соответственно (табл.5). По сравнению с многолетними травами (бессменные посевы) в слое 0-50 см пахотных почв с ЗТС, ЗС и ЗППС содержалось меньше дождевых червей, соответственно в 2,0, 3,8 и 8,6 раз. Это связано, с одной стороны, с тем, что в почвенных горизонтах 0-10 и 10-20 см под многолетними травами были более благоприятные для жизнедеятельности шомбрицид гидротермические условия, а, с другой, с тем, что повышение агрогенной нагрузки на почву оказывает стрессорное действие на них и ухудшает топические и трофические почвенные свойства. Содержание общей живой массы дождевых червей на 1 м2 в слое 0-50 см было максимальным в почве в лесополосе (24,8 г/м2). В почве под многолетними травами и задежью отмечается уменьшение живого веса дождевых червей на 38,7% и на41,1%, соответственно.

Таблица 5. Содержание и масса дождевых червей в чернозёме типичном __ на изучаемых угодьях __г_

Показатели Слой почвы,см МТ Лесополоса Залежь Пашня, ЗТС Пашня, ЗС Пашня, ЗППС Пашня, БП

Количество дождевых червей, шт./м2 0-10 105 40 25 13 17 9 0

10-20 9 16 8 25 9 5 0

20-30 3 21 13 5 4 0 0

30-40 0 12 24 11 1 0 0

40-50 4 4 16 7 0 0 0

0-50 121 93 86 61 31 14 0

Масса дождевых червей, г/м" 0-50 15,2 24,8 14,6 13,1 6,0 3,8 0

В пахотных почвах с ЗТС, ЗС, ЗПГ1С в слое 0-50 см по сравнению с залежыо живая масса дождевых червей уменьшается соответственно в 1,1, 2,4 и 3,8 раза. Это связано с интенсивностью агрогенной нагрузки, а также с количеством и качеством поступающих в почву растительных остатков. Однонаправленное снижение вниз по профилю чернозёма типичного содержания дождевых червей, отмечаемое в пахотной почве с ЗС и ЗППС, во многом обусловлено меньшим поступлением растительных остатков. В почве остальных угодий такой тенденции не выявлено.

Отдельно необходимо отметить отсутствие популяций дождевых червей в почвенном профиле чернозёма типичного при бессменном паровании, что обусловлено интенсивным агрогенным механическим воздействием на почву, распугивающим люмбрициды, постоянно уничтожающим растительность (пищу дождевых червей), и усиливающим её минерализацию.

Проведенные исследования позволяют отметить высокую стабильность уровня продуктивности надземной фитомассы в естественных биогеоценозах (лесополоса, залежь). В то же время в агробиогеоценозах наблюдалась некоторая нестабильность запасов надземной фитомассы и урожайности сельскохозяйственных культур, они изменялись по годам на 30-67 %. Это обусловлено действием шрогенных факторов, биологических свойств культуры, своевременности и качества выполнения технологий в рамках принятых систем земледелия и гидротермическими условиями года.

Глава S. Химические, физико-химические и физические свойства

чернозема типичного в различных угодьях 5.1. Химические и физико-химические свойства чернозёма типичного

Проведенные исследования показали, что с увеличением степени агрогенного воздействия без внесения удобрений (от 0 до 12 баллов) в слое 0-25 см чернозёма типичного происходит снижение содержания общего азота и щелочногидролизуемого азота в 1,4 раза в ряду: лесополоса —> залежь —» пашня, ЗТС —» пашня, ЗС —> пашня, бессменный пар. Наиболее заметные изменения в содержании общего азота происходят в верхнем 0-25 см слое почвы, в наибольшей степени подверженном агрогенпому воздействию. Па всех изучаемых угодьях в слое почвы 0-25 см отмечался средний уровень содержания щелочногидролизуемого азота, в бессменном пару - низкий, а в слое 25-50 см - низкий, за исключением лесополосы.

Чернозём типичный в близких к природным биоценозах (лесополоса и залежь) характеризуется в слое 0-25 см высоким и средним уровнем содержания подвижного фосфора, а в слое 25-50 см - повышенным и средним. Возрастание же степени агро-геиного воздействия без внесения удобрений в этих слоях почвы на пашне в ряду: ЗТС —> ЗС —> ЗППС —> бессменный пар, - приводит к повышению уровня содержания подвижных фосфатов от повышенного до высокого. Почвы изучаемых угодий характеризуются хорошей обеспеченностью подвижным калием и высоким уровнем содержания суммы обменных оснований. Увеличение степени агрогенного воздействия неоднозначно влияет на содержание подвижного калия и на сумму обменных оснований в слоях 0-25 см и 25-50 см чернозёма типичного.

Актуальная кислотность почвы (рНн 0 ) в слое 0-25 см на изучаемых угодьях изменялась от близко к нейтральной до нейтральной, а в слое почвы 25-50 см на пашне с ЗТС, ЗППС и бессменным паром была средне- и слабощелочная. На остальных угодьях в слое 25-50 см наблюдалась близкая к нейтральной и нейтральная реакция почвы. В 2008 году по сравнению с 2007 годом в слое почвы 0-25 см общие закономерности изменения рНн 0 сохранялись, однако наблюдалась тенденция к некоторому

снижению уровня актуальной кислотности практически на всех угодьях, кроме залежи, на которой изменений не зафиксировано. Выявленные ранее для рНн 0 закономерности, в общем, сохраняются и для рНю-

Вниз по почвенному профилю содержание изучаемых питательных элементов падает. Значимые различия в их содержании в зависимости от степени агрогенной нагрузки (вида угодий) проявляются в основном в верхних слоях 0-5 и 5-25 см.

5.2. Физические свойства чернозёма типичного в зависимости от степени агрогенного воздействия на него

Наиболее благоприятное структурно-агрегатное состояние установлено в слое 025 см чернозёма типичного в лесополосе, на залежи и под многолетними травами. На пашне с севооборотами в верхнем слое чернозёма типичного по сравнению с залежью снижаются количество агрономически ценных агрегатов, коэффициент структурности, средневзвешенный диаметр агрегатов. При бессменном паровании чернозёма типичного в слое 0-25 см наблюдается значительное ухудшение его агрегатного состава по сравнению с залежью: снижается количество агрономически ценных фракций и в 1,5 раза уменьшается средневзвешенный диаметр агрегатов.

Установлено, что с увеличением степени антропогенной нагрузки на почву в слое 0-25 см снижаются средневзвешенный диаметр сухих и водоустойчивых агрегатов, их коэффициент структурности (табл.6), количество сухих агрегатов размером 73 мм, водоустойчивых агрегатов размером 5-1 мм и увеличивается количество фракций <0,5 мм (сухое просеивание) и < 0,25 мм (мокрое просеивание).

Таблица 6. Показатели структурного состояния чернозема типичного ___в различных угодьях___

Угодье Глубина, см Средневзвешенный диаметр агрономически ценных агрегатов, мм Коэффициент структурности агрегатов Средневзвешенный диаметр водоустойчивых агрегатов, мм Сумма водоустойчивых агрегатов, %

сухих водоустойчивых

Лесополоса 0-25 3,3 5,4 2,4 1,8 70,5

25-50 3,2 3,6 1,2 0,8 53,8

Залежь 0-25 3,1 5Д 2,2 2,2 68,9

25-50 2,9 3,7 1,1 0,9 52,8

Многолетние травы 0-25 3,2 3,7 2,3 2,4 69,9

25-50 2,5 3,9 1,4 0,7 58,3

Пашня, ЗТС 0-25 2,4 2,9 0,9 0,7 48,2

25-50 2,6 3,0 1,3 1,0 57,0

Пашня, ЗС 0-25 2,6 3,1 1,0 0,6 49,3

25-50 2,5 2,6 1,3 0,8 56,4

Пашня, ЗППС 0-25 2,4 3,2 0,8 0,3 45,8

25-50 2,4 2,7 1,2 0,9 55,5

Пашня, бессменный пар 0-25 2,1 2.6 0,3 0,1 22,7

25-50 2,4 2.5 1,2 0,9 54,4

В слое 0-25 см чернозема типичного п лесополосе, на залежи и многолетних травах отмечается (по И.В. Кузнецовой, 1979) отличная водоустойчивость почвенной структуры, на пашне в ЗС, З'ГС и ЗППС - хорошая водоустойчивость, в бессменном пару - недостаточно удовлетворительная водоустойчивость (табл.6).

В слое почвы 25-50 см по сравнению с верхним слоем на всех изучаемых угодьях выявлены тенденция к некоторому ухудшению структурного состояния (сухое просеивание) и хорошая водоустойчивость почвенной структуры. Установлено, что в этом слое с увеличением степени антропогенной нагрузки на почву снижаются средневзвешенный диаметр сухих агрегатов, количество сухих и водоустойчивых агрегатов размером 5-3 мм и увеличивается количество фракций <0,25 мм (сухое и мокрое просеивание).

Значения плотности чернозёма типичного тяжелосуглинистого на всех изучаемых угодьях (по А.Г. Бондареву, 1985) входят в диапазон оптимальных показателей плотности почвы (глинистые и суглинистые 1,0-1,30 г/см3) для большинства растений как сельскохозяйственных, так и дикорастущих. В годы исследования максимальная влажность почвы была зафиксирована в слое 0-50 см чернозема типичного в бессменном пару, отличающемся хорошими влагонакопительными особенностями.

Глава 6. Влияние перевода земель в залежный режим н длительного бессменного парования на экологическое состояние чернозема типичного

В настоящее время из-за усиливающихся антропогенных нагрузок на почвы отмечается деградация черноземов и ухудшение их экологического состояния. В связи с этим очень важно изучение восстановления экологического состояния почвы при ми-нимализации агрогенной на1рузки на неё (при отведении пашни под залежь) и изучение возможного его ухудшения при постоянной механической нагрузке при длительном паровании.

6.1. Особенности экологического состояния чернозёма типичного на залежи

Исследованиями установлено, что в почвенном профиле на 23-24-лстпей залежи с плотнокустовой злаковой растительностью в отличие от старопахотных земель присутствует дерновый слой до 6-7 см. На 24-летней залежи (табл.1) в слое почвы 0-25

Таблица 7. Количественный и качественный состав лабильных гумусовых веществ и содержание микробной биомассы в чернозёме типичном

Угодье Глубина, см Слгв 1 Сдгк 1 Сдфк 1 Смб

мг/кг почвы

Залежь 24-летняя 0-25 5881 5322 2352 2293 3528 3029 1000 1168

25-50 3822 4146 1397 1411 2426 2735 811 730

Пашня, прилегающая к залежи (ЗС) 0-25 4337 3381 1397 1147 2940 2235 655 475

25-50 2279 1941 515 294 1764 1647 894 510

Примечание: над чертой - данные 2007 г., под чертой - данные 2008 г. Слгв - углерод лабильных гумусовых веществ; Спфк - углерод лабильных фульвокислот; Слгк - углерод лабильных гуминовых кислот; Смв - углерод микробной биомассы.

см содержание и запасы гумуса на 15% и 5-10%, соответственно, больше, чем на прилегающей к ней пашне. Следует отметить, что залежные и пахотные почвы в наибольшей степени различаются по содержанию в них ЛГВ и НОВ. Количество ЛГВ, ЛГК и ЛФК в почве на залежи больше, чем на пашне, в слое 0-25 см - на 40, 70 и 20%, в слое 25-50 см - на 70, 170 и 37 %, соответственно (табл.7). Запасы НОВ в слое 0-25 см чернозема типичного на залежи превышают таковые на пашне в 4,3 раза, а в слое 25-50 см - в 3,4 раза (рис.2). Значимое возрастание запасов и содержания гумуса в почве на залежи по сравнению с пашней отмечается только в верхнем слое 0-25 см, а НОВ, ЛГВ как в слое 0-25 см, так и в слое 25-50 см.

Запасы надземной фитомассы на залежи на 20,1%, а МБ в слое почвы 0-25 см в

I,5 раза больше, чем на пашне. На залежи в мое 0-50 см на 1 м2 содержалось в 2,4 раза больше дождевых червей, чем на пашне (табл.5), что свидетельствует о более хороших экологических условиях для их развития в почве на залежи. Установлены определенные различия в распределении МБ по изучаемым слоям почвы на залежи и на пашне с ЗС: в почве на залежи она уменьшается от слоя 0-25 см к слою 25-50 см на 18,9%, а на пашне наоборот - увеличивается на 36,7%, что, вероятно, обусловлено иссушением пахотного слоя.

Отмечено (табл.6) улучшение структурно-агрегатного состояния почвы на залежи по сравнению с пашней. В почве на залежи в слое 0-25 см средневзвешенный диаметр сухих агрегатов, сумма водоустойчивых агрегатов и их диаметр больше, соответственно, в 1,2, 1,4 раза и 3,7 раза, чем на пашне. Кроме того, выявлено изменение структуры в верхнем слое почвы: на залежи она комковато-мелкозернистая, а на пашне - крупнозериисто-комковато-порошистая. Плотность чернозёма типичного как на залежи, так же как и на пашне, входит в оптимальный диапазон по А.Г. Бондареву (1985).

Снятие агрогенной нагрузки при отведении пашни под залежь в результате отсутствия отчуждения продукции приводит к некоторому накоплению в слое 0-25 см чернозема типичного общего и щелочногидролизуемого азота, подвижных форм калия и обменного магния по сравнению с пашней. В слое почвы 25-50 см различия незначительные. Обнаруженные закономерности сохраняются в изучаемые годы, но в то же время наблюдается некоторое изменение химических свойств чернозёма типичного, что, вероятно, обусловлено как гидротермическими условиями, так интенсивностью поглощения данных элементов растительным покровом и выносом их с урожаем.

Таким образом, после прекращения aiporcinioro воздействия в почвах происходит процесс регенерации, направленный на восстановление естественного профиля почв, активизацию процессов гумусообразования, улучшение структурно-агрегатного состояния.

6.2. Особенности экологического состояния чернозёма типичного при многолетием бессменном паровании

Механическое воздействие на чернозём типичный при бессменном паровании (24 года) существенно изменяет качественный и количественный состав органического вещества почвы (табл.1). Так, в слое почвы 0-25 см в бессменном пару по сравнению с пашней с ЗППС содержание и запасы гумуса были меньше, соответственно, на

II,5% и 8,7%, а в слое 25-50 см - на 11,4% и 22,5%. Содержание ЛГВ, ЛГК и ЛФК в слое почвы 0-25 см в бессменном пару меньше, чем на пашне с ЗППС, в 2,6, 7,2 и 1,9 раза, а в слое 25-50 см - в 2,5, 5,0 и 2,0 раза (табл.8). Многолетнее бессменное парова-

Таблица 8. Количественный и качественный состав органического вещества н содержание микробной биомассы в чернозёме типичном на

Угодье Глубина, см Слгв | Сдгк Слфк с мб

мг/кг почвы

Бессменный пар (24-летний) 0-25 1838 1912 235 221 1602 1691 637 464

25-50 1544 1691 250 221 1294 1470 677 494

Пашня, ЗППС 0-25 4763 4587 1691 1794 3072 2793 894 569

25-50 3822 2367 1250 382 2573 1985 854 450

Примечание: над чертой - данные 2007 г., под чертой - данные 2008 г. Слгв - углерод лабильных гумусовых вещесгв; Слфк - углерод лабильных фульвокислог; Слгк - углерод лабильных гумшшвых кислот; Смб - углерод микробной биомассы.

ние почвы вызывает более сильное по сравнению с пашней с ЗППС снижение содержания ЛГК. Возможно, это связано с тем, что при бессменном паровании почвы именно ЛГК наиболее интенсивно минерализуются почвенными микроорганизмами.

В бессменном пару запасы НОВ и содержание МБ в слое почвы 0-25 см, соответственно, в 5,4 раза и на 28,7 %, а в слое 25-50 см в 2,5 раза и на 20,7 % меньше, чем на пашне с ЗППС. Следовательно, при резком снижении запасов НОВ в верхнем слое чернозёма типичного при бессменном паровании наблюдается не столь резкое снижение в нем содержания МБ. Вероятно, это обусловлено активной минерализацией гумуса почвенными микроорганизмами в слое почвы 0-25 см. В то же время необходимо отметить, что с глубиной (от 0-25 см до 25-50 см) в чернозёме типичном в бессменном пару, так же как и на пашне, содержание углерода МБ возрастает. Это вероятно обусловлено сложившимся в слое почвы 25-50 см более благоприятным гидротермическим и воздушным режимами для микроорганизмов.

При бессменном паровании (табл.4) в слое 0-25 см чернозема типичного в составе гумуса отмечается высокое содержание гуминовых кислот (49,8% от Сорг), повышенное содержание фульвокислот и низкое количество негидролизуемого остатка, самое низкое значение индекса оптической плотности гуминовых кислот ( Ес1К)- Все это на фоне низкой гумусированности почвы свидетельствует о повышенной минерализации гумусовых веществ, изменении их природы и состава.

Следует ещё раз (табл.5) подчеркнуть, что в чернозёме типичном под бессменным паром не было обнаружено дождевых червей.

Все это вызывает ухудшение (табл.6) структурно-агрегатного состояния чернозёма типичного в бессменном пару по сравнению с пашней: повышенное содержание пылеватых фракций, средневзвешенный диаметр сухих агрегатов в 0-25 см слое почвы в бессменном пару на 12,5 % меньше, сумма водоустойчивых агрегатов и их диаметр были, соответственно, меньше в 2 и в 3 раза, чем на пашне. Водоустойчивость почвы при бессменном паровании была неудовлетворительной, а на пашне хорошей. Причем агрогенное воздействие в наибольшей степени проявляется в слое 0-25 см чернозёма типичного.

В почвенных слоях 0-25 см и 25-50 см в бессменном пару по сравнению с паш-

ней с 311ПС содержание общего азота было меньше на 11,5% и 9,1 %, шелочногидро-лизуемого азота на 19,3% и 25 %. Содержание подвижных форм фосфора, обменного кальция и магния в слое почвы 0-25 см в бессменном мару и на пашне было близким, а подвижных форм калия на пашне на 25 % больше. В слое 25-50 см в бессменном пару количество подвижного фосфора и обменного магния было ниже, чем на пашне, соответственно в 1,3 и 1,1 раза, а содержание обменного кальция было одинаковым.

Г лава 7. Оценка влияния степени агрогенного воздействия на экологическое состояние почвы

На основе проведенных исследований и анализа научной литературы разработан метод интегральной оценки экологического состояния почвы, включающий следующие этапы:

1. Оценка степени воздействия агрогенных факторов на почву.

2. Выбор эталона - это выбор угодья, не подверженного агрогепному воздействию более 20 лет и расположенного поблизости.

3. Выделение (выбор) наиболее информативных и наиболее реагирующих на аг-рогенное воздействие показателей экологического состояния (/-ых параметров) качества почвы на основе оценки корреляционной зависимости между степенью агрогенного воздействия и свойствами почвы.

4. Расчёт по выбранным показателям экологического состояния почвы (параметрам качества почвы) индекса /-го параметра качества почвы изучаемого угодья (ИКП/) в % от контроля. В результате исходные параметры свойства почвы из различных шкал измерения приводятся к единой безразмерной шкале, после этого с их значениями можно проводить математические операции для получения интегрального показателя экологического состояния почвы.

5. Расчёт для каждого объекта исследования интегрального индекса экологического состояния почвы - интегрального индекса качества почвы (ИИКГ1).

6. Выделение на основе графического анализа на изучаемых угодьях диапазонов изменения ИИКП и разработка шкалы оценки экологического состояния почвы.

Необходимая шкала оценки степени агрогенного воздействия, а также оценка по этой методике изучаемых угодий представлена в главе 2 (стр. 3-4). Далее был выбран эталон - не подверженное агрогенному воздействию более 20 лет угодье - залежь, расположенная в средней части склона северной экспозиции рядом с другими изучаемыми объектами.

В результате проведённого корреляционного анализа были выделены наиболее информативные и наиболее реагирующие на агрогенное воздействие показатели экологического состояния, параметры качества почвы. Установлено, что универсальными (как для слоя 0-25 см, так и для слоя 25-50 см) и наиболее реагирующими на изменение степени агрогсшюго воздействия показателями являются: содержание общего гумуса, запасы гумуса, отношение Слгк/Слфю запасы НОВ, содержание общего и ще-лочногидролизуемого азота, количество и масса дождевых червей, содержание МБ и продуктивность надземной фитомассы (коэффициент корреляции составляет - 0,70.9).

Ограниченно действующими (только в 0-25 см слое) и наиболее реагирующими на изменение степени агрогенного воздействия показателями являются: содержание подвижных форм фосфора, диаметр почвенных агрегатов, сумма водоустойчивых агрегатов, коэффициент структурности водоустойчивых а1регатов, средневзвешенный диаметр водоустойчивых агрегатов.

Затем для каждого /-го параметра качества почвы изучаемого угодья, наиболее реагирующего на изменение степени агрогенпого воздействия, рассчитали индекс (ИКШ) в % от эталона по формуле 1.

ИКП. = 1

Р. _!_

•100,

(1)

V 3.1)

где ИКШ - индекс 1-го параметра качества почвы изучаемого угодья, %, Р1 - ;-ый параметр качества почвы изучаемого угодья, Рэ,1 - значение /'-го параметра качества почвы для эталона (залежи). Интегральный индекс экологического состояния почвы - интегральный индекс качества почвы (ИИКП) рассчитывается по формуле 2.

I ИКП

ИИКП =-, (2)

где ИИКП - интегральный индекс экологического состояния почвы (интегральный индекс качества почвы), %, п — количество индексов параметров качества почвы.

На основе графического анализа экспериментального материала выделены четыре градации оценки экологического состояния чернозёма типичного: отличное, хорошее, удовлетворительное, неудовлетворительное, необходимые для разработки шкалы, которая представлена в таблице 10.

Таблица 10. Шкала оценки экологического состояния чернозёма типичного

Диапазон ИИКП, % Категории экологического состояния чернозёма типичного

100-91 Отличное (благоприятное)

90-71 Хорошее

70-61 Удовлетворительное

<60 Неудовлетворительное

На основе разработанного нами метода была проведена интегральная оценка экологического состояния чернозёма типичного на различных угодьях по сравнению с эталоном - залежью (табл.11). В слое почвы 0-25 см установлено отличное экологическое состояние иод многолетними травами, хорошее - в ЗТС, удовлетворительное -в ЗППС, неудовлетворительное - в бессменном пару, а в слое 25-50 см под многолетними травами - хорошее, на пашне с ЗТС и ЗППС - удовлетворительное, в бессменном пару - неудовлетворительное.

Установлено, что степень и направленность агрогенного воздействия во многом определяют экологическое состояние чернозёма типичного, особенно его верхнего слоя 0-25 см. Так, в верхнем слое почвы наиболее резкое ухудшение экологического состояния чернозёма типичного наблюдается при увеличении агрогенной нагрузки (в баллах) от 0 (залежь) до 3,25 (ЗТС) и от 8,5 (ЗППС) до 12 (бессменный пар). Бессменное возделывание многолетних трав оказывает положительное влияние на экологическое состояние (0-25 см слоя) чернозёма типичного.

Пашня, БП ! | Пашня, ЗППС Пашня, ЗТС 2 ч Залежь Объект исследования

N и» ю о Степень агрогениой нагрузки, баллы

<1 ■о 00 00 чо о ЧО о о Гумус К г о к о Т' о ■-з 0 я •§ 1 р и р

00 »о 00 оо чо ЧО 4* о о Запасы гумуса

и) а\ оо оч -л 4» о о лгв

о оо оч ЧЛ ЧО Ю о о лгк

VI сч чо ы оо СТч чо оч о о ЛФК

-л оо СУч чо <тч о о Слгк/СЛФК

ы 45 ^ 00 ач оч о о Запасы НОВ

00 00 —1 00 оо чО о о Общий азот

■с* 00 чо 4» оо чо о о Щелочногидролизуемый азот

—1 Оч оо ОЧ он и» оо о о Средневзвешенный диаметр агрегатов л « и р я о 3 2 а 5 -Ш

ы оч ю Оч 00 о и! о о Сумма водоустойчивых агрегатов

о* ш и) 00 о о о Коэффициент структурности водоустойчивых агрегатов

-ь. и) К) ■о о и> о о Средневзвешенный диаметр водоустойчивых агрегатов

о ■с» чо оо чо о о МБ

о и> и) чо ■Й. ы ач 4- о о Количество дождевых червей

о и» Оч чо оо и> о о Масса дождевых червей

00 оч 1л ы о о о о ИИКП, %

[Неудовлетворительное 1 Удовлетвори- 1 .тельное 1 X о тз о в о о Отличное Отличное Категория экологаческого состояния почвы

¡3

ог

Выводы

1. Увеличение степени агрогснното воздействия на чернозём типичный (от 0 до 12 баллов) в ряду: лесополоса —> залежь —► пашня, зерновой севооборот (ЗС) —► пашня, зернотравяной севооборот (ЗТС) —> пашня, зернопаронропашной севооборот (ЗППС) —» пашня, бессменный пар (БП), - приводит к снижению в слое 0-25 см содержания и запасов гумуса в 1,4 и 1,2 раза, запасов иегумифицированного органического вещества (НОВ) и лабильных гумусовых веществ (ЛГВ), соответственно, в 2536 и 3,1-3,2 раза, возрастанию степени гумификации органического вещества почвы, уменьшению содержания гуминовых кислот, прочносвязанных с полуторными окислами и глинистыми частицами, увеличению негидролизуемого остатка. В слое 25-50 см различия данных показателей состава органического вещества почвы (ОВ), за исключением НОВ и ЛГВ, в ряду угодий выражены меньше.

2. Возрастание агрогепной нагрузки на чернозем типичный приводит к изменению соотношения компонентов в составе органического вещества почвы: некоторому увеличению доли гумуса, к значительному снижению долей НОВ, лабильных гуминовых кислот (ЛГК), микробной биомассы (МБ) как в слое 0-25 см (соответственно, в 29,0; 8,6; 1,6 раза), так и в слое 25-50 см (в 15,0; 6,3; 1,2 раза), в ряду: лесополоса—» залежь —> пашня, ЗТС —> пашня, ЗС —» пашня, ЗППС —> пашпя, БП. Установлена тесная связь запасов НОВ в почве с содержанием ЛГВ (г = 0,83-0,95).

3. Фракционно-групповой состав гумуса чернозема типичного изучаемых угодий в зависимости от степени агрогенной нагрузки имеет свои особенности. В составе гумуса в слое почвы 0-25 см в водорегулирующей лесополосе по сравнению с залежью отмечено снижение содержания гуминовых кислот за счет гуминовых кислот, связанных с кальцием и с глинистыми минералами; а по сравнению с пашней с севооборотами - увеличение лабильности гуминовых кислот и количества фульвокислот за счет фульвокислот, связанных с глинистыми минералами. Бессменное возделывание многолетних трав способствует высокому содержанию в составе гумуса гуминовых кислот в слое почвы 0-25 см за счет повышенного содержания всех их фракций. В почве на пашне с ЗС и ЗППС по сравнению с залежью в составе гумуса в слое 0-25 см чернозема типичного наблюдается снижение содержания гуминовых кислот и фульвокислот и увеличение негидролизуемого остатка (гумина), что свидетельствует о замедлении процессов гумусообразования и об усилении минерализации гумуса.

4. Увеличение агрогенной нагрузки на почву приводит к ухудшению биологического состояния почвы, особенно в слое 0-25 см - снижается содержание МБ, биоген-ность гумуса, но увеличивается биогенность ЛГК. В слое почвы 0-50 см на пашне с ЗТС, ЗС, ЗППС по сравнению с залежью живая масса дождевых червей уменьшается, соответственно, в 1,1, 2,4 и 3,8 раза, а их количество в 1,4, 2,8 и 6,1 раза.

5. -С возрастанием степени агрогенного воздействия без внесения удобрений в слое 0-25 см чернозёма типичного происходит снижение содержания общего азота и щелочногидролизуемого азота в 1,4 раза в ряду изучаемых объектов: лесополоса —> залежь —<■ пашня, ЗТС —* пашня, ЗС —♦ пашня, БП; на пашне в слоях почвы 0-25 см и 25-50 см увеличивается уровень содержания подвижного фосфора от повышенного до высокого на пашне в ряду: ЗТС —> ЗС —> ЗППС —<■ бессменный пар. Закономерностей влияния степени агрогенного воздействия на содержание в почве подвижного калия, суммы обменных оснований и её актуальную и обменную кислотность не выявлено.

6. Повышение степени агрогенного воздействия на чернозём типичный приводит в слое 0-25 см к снижению средневзвешенного диаметра сухих и водоустойчивых агрегатов, соответственно, в 1,6 и 18-22 раза, суммы водоустойчивых агрегатов в 3 раза

в следующем ряду: лесополоса —> залежь —♦ многолетние травы —> пашня, ЗС —» пашня, ЗТС —> пашня, ЗППС —> пашня, БП, т.е. к ухудшению его сгруктурно-агрегатного состояния. Водоустойчивость почвенной структуры при этом изменяется от отличной до недостаточно удовлетворительной. В слое почвы 25-50 см по сравнению с верхним на всех изучаемых угодьях выявлены тенденция к ухудшению структурного состояния и хорошая водоустойчивость почвенной структуры.

7. При снятии агрогенной нагрузки на почву в результате её перевода под залежь за счёт восстановления природных условий почвообразования или близких к ним за 23-24 года происходит комплексная, системная регенерация почвенных свойств черноземных пахотных почв: бывшие пахотные горизонты трансформируются по дерновому типу (дерновый слой составляет 6-7 см), значимо возрастает содержание гумуса, МБ только в слое почвы 0-25 см, а НОВ и ЛГВ в слоях 0-25 см и 25-50 см; в верхнем слое увеличивается содержание подвижных форм основных элементов питания растений, улучшается структурное состояние (формируется комковато-зернистая структура, увеличивается средневзвешенный диаметр и агрономически ценных и водоустойчивых агрегатов, повышается водоустойчивость структуры), улучшается биологическое состояние (возрастает содержание и запасы МБ, дождевых червей).

8. Многолетнее бессменное парование (23-24 года) чернозёма типичного приводит в слое 0-25 см по сравнению с зернопаропропашным севооборотом к ухудшению качественного и количественного состава органического вещества почвы, азотного режима, структурного и биологического состояния. Значимо снижается содержание гумуса на 11,5%, общего и щелочногидролизуемого азота, соответственно, на 11,5% и 12,2 %, ЛГВ - в 2,6 раза, резко в 5,4 раза сокращаются запасы НОВ, уменьшаются средневзвешенный диаметр водоустойчивых агрегатов в 3 раза, сумма водоустойчивых агрегатов в 2 раза, отсутствуют дождевые черви. При снижении содержания гумуса в его составе отмечается высокое содержание гуминовых кислот, повышенное содержание фульвокислот и низкое количество негидролизуемого остатка, самое низкое значение индекса оптической плотности гуминовых кислот, что свидетельствует о повышенной минерализации гумусовых веществ, об изменении их природы и состава.

9. Разработан метод, позволяющий провести интегральную оценку экологического состояния почвы по сравнению с эталоном. Он включает оценку степени воздействия агрогенных факторов на почву, выбор эталона - угодья, не подверженного агрогенному воздействию, выделение информативных и наиболее реагирующих на агрогенное воздействие его показателей; расчёт интегрального индекса экологического состояния почвы (интегрального индекса качества почвы), разработку шкалы оценки экологического состояния почвы. Оценена степень агрогенной нагрузки на почву изучаемых объектов в баллах (0 до 12). Проведенная интегральная оценка чернозёма типичного по сравнению с эталоном (залежью) показала, что его экологическое состояние в слое 0-25 см под многолетними травами характеризуется как отличное, на пашне с ЗТС - хорошее, с ЗППС - удовлетворительное, в бессменном пару -неудовлетворительное.

Предложения НИУ и проектным организациям

I. Разработанный метод интегральной оценки экологического состояния почвы и модифицированный метод по количественной оценке степени агрогенной нагрузки на почву предлагается использовать в агроландшафтных исследованиях, при формировании экологически сбалансированных агроландшафтов и проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

2. Установленные показатели экологического состояния почвы (стр. 18), наиболее реагирующие на агрогеннос воздействие, использовать при разработке методических рекомендаций по регулированию экологического состояния черноземных почв и при проведении мониторинга земель.

3. Для регенерации свойств почв и улучшения экологического состояния деградированных земель необходимо переводить их в залежный режим использования.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:

1. Черкасов, Г.Н. Эволюция залежных земель и перспективы их использования в Центральном Черноземье / Г.Н. Черкасов, Н.П. Масютенко, A.B. Кузнецов // Земледелие. - 2009. - № 7. - С 9-11.

2. Масютенко, Н.П. Влияние вида землепользования ira состав органического вещества чернозёма типичного / Н.П. Масютенко, A.B. Кузнецов // Достижения науки и техники АПК. - 2011. - № 7. - С. 12-15.

Работы, опубликованные в других изданиях:

3. Кузнецов, A.B. Микробная биомасса - показатель экологического состояния почвы I A.B. Кузнецов, Н.П. Масютенко, В.В. Шеховцова // Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса: Материалы международной научно-практической конференции. Часть 1. - Курск: КГСХА, 2007. - С. 141-143.

4. Масютенко, Н.П. Регенерация свойств чернозема типичного на залежи / Н.П. Масютенко, Е.В. Дубовик, A.B. Кузнецов // Агроэкологические проблемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур: Материалы научно-практической конференции Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева». - Курск: ЮМЭКС, 2008. - С. 4-6.

5. Кузнецов, A.B. Влияние степени антропогенного воздействия на структурно-агрегатный состав чернозёма типичного / A.B. Кузнецов // Интенсификация, ресурсосбережение и охрана почв в адаптивно-ландшафтных системах земледелия: Сбор-пик докладов международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Бараева. - Курск: ГНУ ВНИИ-ЗиЗПЭ РАСХН, 2008.-С. 545-548.

6. Кузнецов, A.B. Особенности плодородия чернозёма типичного на пашне, залежи и в лесополосе / A.B. Кузнецов, В.В. Шеховцова // Пути сохранения плодородия почвы и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии Центрального Черноземья: Материалы заседания Территориального координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧЗ». Каменная Степь. Часть 1. - Воронеж: Истоки, 2009. - С. 58-59.

7. Кузнецов, A.B. Восстановление агрохимических и агрофизических свойств чернозёма типичного на залежи / A.B. Кузнецов // Сборник научных докладов 9-й международной школы молодых ученых «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства». - Волгоград: ГНУ HB НИИСХ РАСХН, 2009.-С. 102-109.

8. Масютенко, Н.П. К методике оценки воздействия агрогенных нагрузок на почву / Н.П. Масютенко, A.B. Кузнецов // Модели автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия: Сборник докладов Всероссийской

научно-практической конференции, посвященной 40-летию Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии. - Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ ГАСХН, 2010. - С. 208-211.

9. Кузнецов, A.B. Фракционно-групповой состав гумуса чернозема типичного в различных угодьях / A.B. Кузнецов, Н.П. Масютенко // Модели автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия: Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии. - Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2010. - С. 195-200.

10. Масютенко, H.H. Оценка влияния степени агрогенного воздействия на экологическое состояние почвы / Н.П. Масютенко, A.B. Кузнецов // Экологическое нормирование, сертификация и паспортизация почв как научная основа рационального землепользования: Материалы международной научно-практической конференции (с элементами научной школы для молодёжи). - М.: МАКС Пресс, 2010. -- С.115-117.

11. Масютенко, Н.П. Интегральная оценка экологического состояния чернозёма типичного в различных угодьях / Н.П. Масютенко, A.B. Кузнецов // Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия: Материалы научно-практической конференции Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева». - Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2010. - С. 112-117.

12. Кузнецов, A.B. Особенности компонентного состава чернозема типичного при различных видах землепользования / А.В.Кузнецов, H.H. Масютенко, В.В. Шеховцова // Сохранение и воспроизводство плодородия почв в ландшафтном земледелии (к 70-летию со дня рождения А.П. Щербакова): Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции ГНУ ВНИИЗиЗПЭ. - Курск: ГНУ ВНИИЗИЗПЭ РАСХН, 2011.-С. 193-198.

13. Система показателей оценки экологической емкости агроландшафтов для формирования экологически устойчивых агроландшафтов / Масютенко Н.П., Чуян H.A., Бахирев Г.И., Кузнецов A.B., Глазунов ГЛ., Дубовик Е.В., Панкова Т.И. -Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2011. - 42 с.

Сдано в набор 07.02.2012 г. Подписано в печать 07.02.2012 г. Формат 60x84 */1в. Бумага «Снегурочка». Гарнитура Times New Roman Суг. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ JY« 1239.

Отпечатано: ПБОЮЛ Киселева О.В. ОГРН 304463202600213

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Кузнецов, Алексей Викторович, Курск

61 12-6/264

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ АГРОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЁМА ТИПИЧНОГО ЦЧР

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Н.П. Масютенко

Курск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

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

Глава 1. Обзор научной литературы.....................................................................8

1.1. Влияние сельскохозяйственного использования на органическое вещество чернозёмных почв..............................................................................8

1.2. Влияние сельскохозяйственного использования на биологические свойства чернозёма типичного........................................................................14

1.3. Влияние сельскохозяйственного использования на химические и физические свойства чернозёма типичного...................................................21

1.4. К оценке экологического состояния почвы.....................................................32

Экспериментальная часть.....................................................................................37

Глава 2. Объекты, условия и методика проведения исследований..............37

2.1. Геоморфологические и климатические условия.............................................37

2.2. Характеристика объектов исследования..........................................................46

2.3. Оценка изучаемых объектов по степени антропогенного воздействия.......48

2.4. Методика проведения исследований................................................................55

Глава 3. Особенности состава органического вещества чернозёма типичного в зависимости от вида угодий и степени агрогенной нагрузки.....................................................................................................................59

3.1. Содержание и запасы гумуса в чернозёме типичном.....................................59

3.2. Содержание лабильных гумусовых веществ и негумифицированного органического вещества в чернозёме типичном............................................63

3.3. Компонентный состав органического вещества чернозёма типичного.......67

3.4. Фракционно-групповой состав гумуса чернозёма типичного в зависимости от вида угодий.............................................................................75

3.5. Оценка гумусного состояния чернозёма типичного в различных

угодьях................................................................................................................80

Глава 4. Влияние степени агрогенного воздействия на

биологическое состояние чернозёма типичного...............................................86

4.1. Содержание микробной биомассы в чернозёме типичном в зависимости от степени антропогенного воздействия на него....................87

4.2. Влияние степени агрогенного воздействия на содержание и распределение дождевых червей в чернозёме типичном.............................91

4.3. Влияние степени агрогенного воздействия на фитомассу растений и урожай сельскохозяйственных культур..........................................................95

Глава 5. Химические, физико-химические и физические свойства чернозёма типичного в различных угодьях.......................................................99

5.1. Химические и физико-химические свойства чернозёма типичного.............99

5.2. Физические свойства чернозёма типичного в зависимости от степени агрогенного воздействия на него...................................................................107

Глава 6. Влияние перевода земель в залежный режим и длительного бессменного парования на экологическое состояние чернозёма типичного............................................................................................116

6.1. Экологическое состояние чернозёма типичного при залежном

режиме использования....................................................................................116

6.2. Особенности экологического состояния чернозёма типичного при бессменном паровании...................................................................................120

Глава 7. Интегральная оценка влияния степени агрогенного воздействия на экологическое состояние почвы...................................................................125

7.1. Разработка метода интегральной оценки экологического

состояния почвы..............................................................................................126

7.2. Интегральная оценка экологического состояния чернозёма

типичного.........................................................................................................137

7.3. Оценка влияния степени агрогенного воздействия на экологическое состояние чернозёма типичного....................................................................143

Выводы....................................................................................................................150

Предложения НИУ и проектным организациям............................................154

Список использованной литературы................................................................155

Приложения............................................................................................................183

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Антропогенное воздействие на окружающую среду во второй половине XX века резко обострило экологическую ситуацию в Российской Федерации. Вследствие нерационального природопользования, значительного сокращения работ по охране почв и земельных ресурсов сильное развитие получили процессы деградации почв. Они приводят к ухудшению экологического состояния почв, снижению их продуктивности и устойчивости (В.А. Ковда, 1989; Г.В. Добровольский, 1999, 2008 и др.). Стало совершенно очевидным, что процессы деградации почв представляют одну из самых больших угроз экологическому благополучию не только человечества, но и всего живого на Земле. Из-за чрезмерной эксплуатации и развития эрозионных процессов деградации подвержены и чернозёмные почвы - основное богатство России (Ф.И. Козловский, В.А. Чаплин, 1994; Д.И. Щеглов, 1994; А.П. Щербаков, И.И. Васенев, 1994, 1998, 1999, 2000; В.Д. Муха и др., 2006; Н.П. Масю-тенко, 2000, 2006; Ф.Н. Лисецкий, 2009 и др.).

В настоящее время актуальной проблемой является изучение и оценка экологического состояния черноземных почв ЦЧР, подвергающихся антропогенному воздействию различной степени. Недостаточно изучены восстановительные способности черноземных почв при снятии агрогенных нагрузок. Требуют разработки и применения методы, позволяющие количественно оценивать степень агро-генного воздействия на почвы различных видов использования земельных угодий, а также проводить интегральную оценку экологического состояния почв.

оценка. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Исследовать химические, физические, биологические свойства чернозема типичного на пашне в зернопаропропашном и зернотравяном севооборотах, бессменном пару, на залежи и пашне, прилегающей к ней, в лесополосе, бессменных посевах многолетних трав.

3. Модифицировать методику оценки степени воздействия агрогенных нагрузок на почву.

4. Разработать метод интегральной оценки экологического состояния почвы.

Научная новизна. Впервые проведена количественная оценка степени агрогенной нагрузки на чернозём типичный при разных видах использования земельных угодий. Разработан и апробирован метод интегральной оценки экологического состояния почвы. Выявлены свойства почвы, наиболее реагирующие на изменение степени агрогенного воздействия. Разработана шкала оценки экологического состояния чернозёмов. На основе разработанного метода дана интегральная оценка экологического состояния чернозёмных почв в зависимости от вида использования земельных угодий, степени агрогенной нагрузки. Установлены особенности влияния степени агрогенной нагрузки на состав органического вещества почвы, её химические, физико-химические, физические и биологические свойства. Показана регенерация свойств чернозёма типичного при снятии агрогенных нагрузок.

стояния чернозёмов. Интегральная оценка экологического состояния чернозёма типичного в зависимости от вида использования земельных угодий и степени агрогенной нагрузки, изученная его восстановительная способность при снятии агрогенного воздействия могут быть использованы при разработке методических рекомендаций по регулированию экологического состояния чернозёмных почв ЦЧР, их мониторинга и при формировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Результаты исследований были использованы при разработке «Системы показателей оценки экологической емкости агроландшафтов для формирования экологически устойчивых агроландшафтов» (2011).

Положения, выносимые на защиту:

1. Особенности количественного и качественного состава органического вещества и биологических свойств чернозёма типичного в зависимости от вида использования земельных угодий и степени агрогенной нагрузки.

2. Закономерности изменения химических и физических свойств чернозёма типичного в зависимости от степени агрогенной нагрузки на почву.

3. Снятие агрогенной нагрузки на почву при отведении её под залежь (2324 года) приводит к регенерации свойств чернозёма типичного.

4. Бессменное парование в течение 24 лет способствует деградации чернозёма типичного.

5. Метод определения и интегральная оценка экологического состояния чернозёмных почв.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, предложений НИУ и проектным организациям, списка литературы, включающего 302 источника, в том числе 30 на иностранных языках, содержит 30 таблиц и 19 рисунков, 6 приложений.

Благодарности. Автор выражает глубочайшую признательность и благодарность научному руководителю профессору, д.с.-х.н. Н.П. Масютенко, всему коллективу лаборатории агропочвоведения ВНИИЗиЗПЭ за поддержку, ценные консультации и помощь в работе, а также благодарит сотрудников ВНИИЗ и ЗПЭ за ценные советы и поддержку.

ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Влияние сельскохозяйственного использования на органическое вещество чернозёмных почв

Органическое вещество почв - это совокупность всех органических соединений, присутствующих в почве, которая в свою очередь включает живую биомассу и органические остатки растений, животных, микроорганизмов, продукты их метаболизма и специфические новообразованные органические вещества почвы - гумус (И.В. Тюрин, 1949; М.М. Кононова, 1963; Л.Н. Александрова, 1980; Д.С. Орлов, 1985; Н.Ф. Ганжара, 1986; Л.А. Гришина, 1986; Р. Трейт, 1991 и др.).

В почве (М.И. Сидоров, Н.И. Зезюков, 1981; Н.П. Масютенко, 2003) органическое вещество представлено главным образом в виде гумуса (97-98%) и не-гумифицированных (неразложившихся) растительных остатков (2-3%). Возрастание агрогенной нагрузки на почву при её сельскохозяйственном использовании приводит к снижению поступления свежих растительных остатков и усилению интенсивности процессов минерализации органической части. В результате этого в почве уменьшается содержание органического вещества и ускоряется его круговорот (В.А. Ковда, 1981; Н.Ф. Ганжара, 1986; A.M. Русанов, 1998; A.M. Русанов, Л.В. Анилова 2009; W.M. Post, L.K. Mann, 1990; Е.А. Davidson, I.L. Ackerman, 1993; J. Balesdent, C. Chenu, M. Balabane, 2000), ухудшается качество, нарушается соотношение между его компонентами (Н.И. Зезюков, A.B. Дедов, 1994; О.М. Паринкина, Н.В. Клюева, 1995; A.A. Титлянова, A.B. Наумов, 1995; Б.М. Когут, 2003; Н.П. Масютенко, 2003; О.Н. Бирюкова, Д.С. Орлов, 2004; H.A. Зеленский, 2007; W.M. Post, L.K. Mann, 1990; Е.А. Davidson, I.L. Ackerman, 1993; M.C. Scholes, D. Powlson, G. Tian, 1997).

Наиболее интенсивные потери гумуса происходят именно в первые годы после освоения почвы (Е.А. Афанасьева, 1966; А.Е. Возбуцкая, 1968). Вероятно эти потери происходят за счет минерализации лабильной (легко минерализуемой) части гумуса. Кроме того, нарушение структуры почвы при вспашке с последующими циклами высыхания-увлажнения могут явиться главными факто-

рами ускорения разложения органического вещества физически защищенного в микроагрегатах (J. Balesdent, С. Chenu, M. Balabane, 2000). Так М.М. Кононова (1968), И.И. Лебедева (1992), Н.Ф. Ганжара (1986) установили, что за 5-13 лет после распашки чернозема потери гумуса в пахотном слое могут составлять 633% от его исходного содержании, а затем наблюдается относительная стабилизация количества гумуса.

В дальнейшем при отсутствии эрозии потери гумуса снижаются и приближаются к равновесному (стационарному) уровню (A.M. Гринченко, В.Д. Муха, Г.Я. Чесняк, 1979; A.A. Титлянова, H.A. Тихомирова, Н.Г. Шатохина, 1982; Д.С. Орлов, 1981; Г.Я. Чесняк, Ф.Я. Гаврилюк, И.А. Крупеников и др., 1983; В.И. Кирюшин, И.Н. Лебедева, 1984; Г.И. Уваров, А.И. Иванов, 1992; Н.Ф. Кробской, 1995). И.Н. Шарков, С.Л. Букреева, A.A. Данилова (1997), В.В. Пономарёва, Т.А. Плотникова (1974), Б.П. Ахтырцев, А.Б. Ахтырцев (2002) установили, что в старопахотных почвах 50-60% гумуса отличается очень большой устойчивостью к минерализации.

C.W. Wood, D.G. Westfall, G.A. Peterson (1991) установили, что в Канаде длительное сельскохозяйственное использование (31 -94 лет) черноземных почв привело к снижению содержания Сорг, в пахотном горизонте в 1,9-3,3 раза по сравнению с неиспользуемыми в земледелии почвами и к значительному повышению доли ароматических компонентов в составе органического вещества. Однако прекращение обработки почвы уже по истечении 4-х лет способствовало накоплению Сорг-

Отведение черноземов под залежь обеспечивает восстановление органического вещества и возврат к естественному процессу почвообразования (Н.И. Сотнева, 1997). A.M. Гринченко, В.Д. Муха, Г.Я. Чесняк (1979) отмечают, что за 20 лет в 0-12 см слое мощного чернозёма энергия минерализации гумуса при распашке целины более высокая, чем его восстановление при оставлении почвы в залежь. Скорость накопления (аккумуляции) углерода в бывшем пахотном слое (0-20 см) выше в первые годы восстановления почв (1-15 лет) (от 317 до 127 С г/м2 год) и заметно уменьшается, когда возраст залежных земель достига-

ет 20-30 лет (И.Н. Курганова, В.О. Jlonec де Гереню, А.З. Швиденко, М.П. Сапожников, 2010).

Лесополосы, оказывая полифункциональное воздействие на окружающую среду, стабилизируют экологическую обстановку в агроландшафте (М.В. Ко-лесниченко, 1971; A.C. Чеканышкин, И.В. Ялманов, 2002). В.В. Леонов (1987), Е.С. Павловский (1990) отмечают, что при замене степного биогеоценоза лесным агроценозом возрастает количество органической массы (растительной биомассы) и запасы элементов питания, происходят глубокие изменения в функционировании агроландшафта, заключающиеся как в перераспределении биологического потенциала энергетических связей, так и сочетании элементов биологического круговорота.

Накопление лесной подстилки, больший запас корневой массы древесной растительности и более глубокое её проникновение по профилю почвы под лесополосой способствует увеличению мощности гумусового горизонта (М.И. Долгилевич, В.Д. Кошелевский, В.Е. Синещеков, 1982; В.В. Леонов, 1987; А.Б. Беляев, 2007).

Возрастание содержания гумуса под лесополосами по сравнению с тем же горизонтом почвы в середине межполосного поля отмечают М.И. Долгилевич, В.Д. Кошелевский, В.Е. Синещеков (1982), В.В. Леонов (1987), В.М. Кретинин, (1986, 1992, 1994), В.Г. Небытов, (1996, 2005). По данным Н.Д. Чегодаевой (1996) содержание гумуса в почве под 40-летними лесополосами было равно 7,39%, а в открытом поле на расстоянии 250 м от лесополосы - 4,6%.

Структура посевных площадей и вид севооборота в значительной степени определяют образование, накопление и баланс гумуса в почве (И.Н. Листопадов, И.М. Шапошникова, 1981; И.П. Котоврасов, 1992; М.И. Сидоров, 1992; М.И. Сидоров, Н.И. Зезюков, 1993; В.А. Корчагин, О.В. Терентьев, 1995). Так, Ф.Х. Хазиев, Ф.Я. Багаутдинов, А.Х. Мукотанов (1985), В.И. Морозов, А.Х. Куликова, М.И. Подсевалов, Е.А. Петухов, И.А. Вандышев (1994) отмечают, что количество гумус

Информация о работе

Кузнецов, Алексей Викторович
кандидата сельскохозяйственных наук
Курск, 2012
ВАК 03.02.13

Диссертация

Влияние степени агрогенного воздействия на агроэкологическое состояние чернозема типичного ЦЧР - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы