Гумусное состояние почв

В связи с тем, что гумус является одним из главных источников элементов питания растений, от его содержания зависит плодородие почвы. Гумусовые вещества влияют на химические, биологические, физические свойства почвы, способствуют созданию благоприятного водно-воздушного режима. Вместе с тем гумусовые вещества довольно быстро изменяются под влиянием окультуривания. В настоящее время самой большой экологической проблемой пахотных почв является проблема дегумификации – уменьшение содержания гумуса в пахотных горизонтах. Процесс снижения содержания и запаса гумуса при введении целинных почв в культуру можно сказать известен, и общие закономерности этого процесса были освещены в монографиях И.В.Тюрина, М.М.Кононовой. Этому вопросу были посвящены работы казахстанских авторов.. Несмотря на это, проблема гумуса продолжает оставаться в поле зрения исследователей до настоящего времени, т.к. почвенное плодородие, как интегральный показатель свойств почв, обусловлено гумусным состоянием почв. Эта проблема актуальна и в связи с усилением техногенной нагрузки на почвенный покров. Нами были проведены стационарные исследования по изучению гумусного состояния черноземов и темно-каштановых почв Кустанайской и Акмолинской областей, составляющих основной земельный фонд Казахстана. В качестве исходных данных для рассмотрения состояния гумуса в освоенных почвах взяты показатели гумусированности целинного варианта, как на черноземах, так и темно-каштановых почвах. Для чего на исследуемых целинных участках и пашнях разного срока использования и вида обработки были заложены почвенные разрезы. Образцы почв отбирались через каждые 10 см до глубины 1,5 м в 8-10 кратной повторностях. Кроме того, в связи с тем, что почвы характеризуются большой пестротой, были отобраны на целине и пахотных черноземах 400 образцов для специальных статистических обработок. Анализы почвы проводили общепринятыми методами. При обработке экспериментального материала использованы методы вариационной статистики. Гумусное состояние почв – это совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиля. Система показателей, оценивающих гумусное состояние почв, включая уровни содержания и запасов органического вещества почв, его профильное распределение, обогащенность азотом, степень гумификации, типы гумусовых кислот и их особые признаки, была предложена Л.А.Гришиной и Д.С.Орловым. По совокупности этих показателей можно судить о направлениях и темпах гумификации, а также характеризовать гумусное состояние конкретной почвы. Основным источником образования гумуса являются органические остатки. Существует взаимосвязь между содержанием растительной биомассы и содержанием гумуса. По нашим исследованиям на целине запасы растительных остатков в метровом слое в черноземах составляют 25-30, темно-каштановых почвах 20-25 т/га. Главная масса корней сосредоточена в верхнем 0-20 см слое почв. Распашка целины привело к усиленному разрушению корневых остатков. В старопахотных почвах даже за 10 лет освоения запасы корней значительно снизились и составили в черноземах 8-10т/га, темно-каштановых почвах 5-8 т/га. С изменением общих запасов корней связана динамика гумуса. Содержание гумуса в целинной темно-каштановой почве и в почвах первого года освоения различаются незначительно, в верхнем горизонте оно составило 4,48; 4,19% соответственно, старопахотные почвы – 3,45%. Соответственно содержанию гумуса изменяется и содержание азота по вариантам: на целине - 0,29%; под пшеницей по пласту - 0,26%; на старопахотных почвах - 0,20%. Почвы более длительного срока освоения характеризуются более широким отношением С:N. Черноземные почвы Северного Казахстана после освоения целины за 40-45 лет утратили из пахотного слоя 0-20 см 30-35% гумуса от исходного его содержания.

Специальные исследования показали, что снижение гумуса не ограничивается пахотным слоем. Выше приводятся данные по пашне 35-40 лет освоения. За эти годы содержание гумуса снижалось и в глубоких слоях, незатронутых обработкой, так в слое 20-50 см оно снизилось на 24%, а в слое 50-100 см на 16% (табл. 1). Такая же закономерность обнаружена и в почвах других вариантов и также почвах еще более длительного времени использования.

Наиболее интенсивно процесс распада гумуса идет в пахотных горизонтах и уменьшается с глубиной. На глубине 2-30 см гумус наименее подвержен изменениям. Это справедливо как для почв 20 лет и 50 лет освоения. Начиная, с глубины 30 см и до глубины 60 см идет постепенное снижение гумуса, с глубиной. Подсчет запасов гумуса показал, что в верхнем 0-30 см слое целинной почвы запасы гумуса составляют в черноземах –195-200, темно-каштановых почвах – 100-105 т/га. Общий расход гумуса под культурой пшеницы за период 30-40 лет составил 29,9 т/га, а ежегодный расход 0,55 т/га. Причем снижается не только общее количество гумуса, а теряется наиболее активные и ценные для плодородия его части: подвижные гумусовые вещества. Происходит изменение и подвижных гумусовых веществ – наиболее молодых форм гумуса, которые непрочно связаны с минеральной частью почвы, содержат повышенное количество гидролизуемого азота, обладающего способностью быстро трансформироваться и высвобождать азот для растений (табл. 2).

По сравнению с целинной почвой количество подвижных гумусовых веществ на пашне как в черноземах, так и темно-каштановых почвах снизилось на 30-35%.Установлены следующие параметры содержания гумуса – минимальный уровень стабилизации гумуса в черноземах 4,55%, в темно-каштановых почвах – 3,55. Оптимальные уровни содержания гумуса в почвах черноземах 5,5-6,0%, темно-каштановых 3,5-4,0%, что подтверждается исследованиями и других авторов. Наряду с изменением количества гумуса происходит изменение его качественного состава. В составе гумуса черноземов и темно-каштановых почв преобладают гуминовые кислоты, а среди них связанные с кальцием (табл. 3).

Анализ фракционного состава гумуса черноземов и темно-каштановых почв интенсивно используемых в земледелии по нашим данным и материалам других исследователей показал общее относительное увеличение содержания гумусовых веществ в средней части гумусового горизонта, что определяется значительным возрастанием гуминовых кислот второй фракции. Содержание гуминовых кислот первой фракции невелико и приурочено в основном к верхней части профиля. Содержание гуминовых кислот третьей фракции, связанных с глинистой фракцией, не очень значительно и слабо дифференцировано в профиле почв. Наиболее существенную и определяющую роль в составе гумуса изученных почв играют гуминовые кислоты второй фракции. Общее содержание фульвокислот составляет 20-25%, вниз- почвенного профиля несколько увеличивается. Значительную часть гумуса (30-45%) прочно связана с гумином – нерастворимым остатком и не извлекается при обработке щелочами и кислотами. В темно-каштановых почвах качественный состав гумуса изменился следующим образом, в старопахотной почве сумма гуминовых кислот в слое 0-10 см составляет 32,51% к общему углероду, сумма фульвокислот 23,38%, а в целинной почве в том же слое 29,90 и 24,11% соответственно. Преобладающая часть гумуса представлена также специфическими гумусовыми веществами, связанными с поглощенным кальцием. Как в черноземах, так и темно-каштановых почвах снижение содержания гумуса сопровождается уменьшением всех групп гумусовых веществ, отнесенных к массе почвы. Таким образом, длительное использование почв в земледелии привело к изменению гумусного состояния пахотных почв. Это обусловлено рядом причин. Снижение содержания гумуса в пахотном слое почв примерно на 1/3 его количества является естественным природно-экологическим следствием распашки целинных почв. Этому способствуют многие факторы: сокращение количества поступающих в почву растительных остатков, изменение количественного и качественного состава зольного обмена в системе почва-растительность, изменение процессов трансформации растительных остатков в связи с изменение экологической обстановки, применение севооборота без травяного клина. Одним из главных причин считают эрозию почв. Если бы не было эрозии, то содержание гумуса в черноземе как в агроэкосистеме стабилизируется на определенном уровне через 15-20 лет и оно не представляло бы угрожающего явления.