ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ ЮЖНОГО ЗАУРАЛЬЯ

Саблина О.А.

ORCID: 0000-0001-8666-8041, Кандидат биологических наук, Орский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ

ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ ЮЖНОГО ЗАУРАЛЬЯ 

Аннотация

Исследовано гумусное состояние агрогенно трансформированных черноземов южных на территории Зауралья в Оренбургской области. Выявлено, что нарастание признаков дегумификации почв отмечается в ряду сенокос–пастбище–залежь–пашня. Гумусная деградация почв выражается: 1) в сокращении гумусового профиля; 2) в снижении содержания и запасов гумуса; 3) изменении фракционно-группового состава гумуса за счет падения степени гумификации органического вещества и снижения доли фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием.

Ключевые слова: агроценоз, гумус, чернозем, сенокос, пастбище, залежь, пашня.

Sablina O.A.

ORCID: 0000-0001-8666-8041, PhD in Biology, Orsk Humanitarian-Technological Institute (branch) of Orenburg State University

HUMUS STATE OF SOIL IN FARMLAND OF SOUTH ZAURALYE

Abstract

Humus condition of agrogene transformed chernozems southern in the territory of Trans-Ural in Orenburg region are investigated. It was found that the increase of evidences of soil dehumification is noted in the following sequence: hayfield – grazing areas – fallow land – arable land. Humus soil degradation is expressed by: 1) the reduction of the humus profile; 2) the reduction of the humus content and humus stocks; 3) change in fractional-group composition of humus due to the fall of the degree of humification of organic matter and to reduce the proportion of the fraction of humic acids bound with calcium.

Keywords: agroecosystems, humus, chernozem, virgin land, hayfield, grazing areas, fallow land, arable land.

Проблема ухудшения гумусного состояния почв под влиянием различных видов сельскохозяйственного использования занимает важное место в как в российских, так и в зарубежных исследованиях по экологии почв. Изменения качественных и количественных параметров органического вещества почв на различных типах сельхозугодий описаны такими ведущими специалистами в этой области как R. Lal [1], G. F. Dominguez [2], S. M. Ogle [3], G. P.  Robertson [4], Л. Н. Александрова [5], Д. С. Орлов [6] и др. Однако следует отметить, что имеются существенные региональные различия как в особенностях землепользования, так и в нативных свойствах почв даже одного типа. В связи с этим изучение гумусного состояния почв на обширных, но малоисследованных в этом отношении территориях, таких как степное Зауралье, остается актуальной научной задачей.

Данное исследование проводилось на территории Южного Зауралья в пределах Оренбургской области. Зональными типами почв Оренбургского Зауралья являются черноземы обыкновенные, занимающие небольшую площадь в северной части рассматриваемого региона, черноземы южные, занимающие центральную часть изучаемой территории, и темно-каштановые почвы, охватывающие юго-восточную часть региона. Среди черноземов распространены карбонатные, средне- и малогумусные, маломощные разности преимущественно тяжелосуглинистого гранулометрического состава.

Объектом настоящего исследования послужили черноземы южные карбонатные малогумусные маломощные тяжелосуглинистые. Выбор данного объекта был обусловлен рядом причин: 1) именно черноземы южные покрывают наибольшую площадь пахотных земель Оренбургского Зауралья; 2) почвы с такой родо-видовой принадлежностью являются наиболее распространенными в соответствующим подтипе на территории Южного Зауралья, поэтому полученные результаты можно экстраполировать на значительные площади изучаемого региона.

Исследованные черноземы располагались под сельскохозяйственными угодьями с разной степенью агрогенной трансформации: многолетняя пашня под зерновыми культурами, 10-12-летняя залежь под горькополынно-молочайной растительной ассоциацией, среднесбитое пастбище с тонконогово-типчаковым сообществом, естественный сенокос с пырейно-типчаковой ассоциацией. Указанные угодья располагались в Гайском районе Оренбургской области (в окрестностях с. Лылово – пашня, пастбище и сенокос; в окрестностях с. Новоникольск – залежь). [7].

Пробы почвы отбирались послойно через каждые 10 см из горизонтов А и АВ (до глубины 40 см). Подготовка проб почвы осуществлялась по ГОСТ 26269-91. Содержание органического углерода определяли по ГОСТ 26213-91), фракционно-групповой состав гумуса – по методике И. В. Тюрина в модификации В. В. Пономаревой – Т. А. Плотниковой. Измерения проводились в 3-5-кратной повторности. Показатели гумусного состояния почв приведены в табл. 1 и классифицированы по Д. С. Орлову, О. Н. Бирюковой, М. С. Розановой (2004) [8].

Гумусное состояние черноземов можно визуально оценить еще на этапе отбора проб и изучения почвенного профиля. При этом важным диагностическим и экологическим показателем является мощность гумусовых горизонтов. Почвы кормовых угодий (сенокоса и пастбища), характеризуются суммарной мощностью горизонтов А+АВ, достигающей 38-39 см. Залежный и пахотный участки имеют по сравнению с ними укороченный гумусовый профиль: 36 см и 35 см соответственно. Таким образом, под влиянием распашки (имеющей место в настоящее время или осуществляемой ранее) могут трансформироваться даже достаточно консервативные морфологические признаки почв.

 

Таблица 1 – Показатели гумусного состояния черноземов южных в различных угодьях Оренбургского Зауралья

Показатель	Угодье
	Пашня	Залежь	Пастбище	Сенокос
Мощность гумусных горизонтов, см	35 типичный	36 типичный	38 типичный	39 типичный
Содержание гумуса в гумусных горизонтах, %	2,93 низкое	3,57 низкое	4,03 ниже среднего	3,84 низкое
Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га	65,97 низкий	84,36 низкий	90,00 низкий	81,07 низкий
Степень гумификации, Сгк/Собщ, %	35,4 высокая	35,5 высокая	36,6 высокая	36,9 высокая
Тип гумуса, Сгк/Сфк	1,77 фульватно-гуматный	1,82 фульватно-гуматный	1,92 фульватно-гуматный	1,92 фульватно-гуматный
Содержание свободных ГК, % от суммы ГК	17,51 очень низкое	18,03 очень низкое	15,85 очень низкое	14,91 очень низкое
Содержание ГК, связанных с Са2+, % от суммы ГК	56,21 среднее	56,34 среднее	59,56 среднее	62,06 высокое
Содержание прочно связанных ГК, % от суммы ГК	26,27 высокое	25,63 высокое	24,59 высокое	23,04 высокое

 

Явными признаками дегумификации агропочв являются снижение содержания органического углерода и запасов гумуса. Как видно из данных табл. 1, последовательное падение содержания гумуса отмечается в ряду: пастбище (4,03%) – сенокос (3,84%) – залежь (3,57%) – пашня (2,93%). Что характерно, подобный ряд почв в целом соответствует снижению объемов поступающих растительных и животных остатков – основного материала для синтеза гумуса, поэтому приведенные данные весьма ожидаемы.

Запасы гумуса во всех исследованных почвах по классификации Д. С. Орлова и соавт. [8] могут быть охарактеризованы как низкие, то есть имеют значения менее 100 т/га в слое 0-20 см. Пахотные черноземы южные имеют достоверно более низкие значения запасов гумуса, чем почвы остальных сельскохозяйственных угодий (меньше на 23-36%). При расчете данного показателя учитывается плотность почвы, по этой причине черноземы на залежи, имеющие объемную массу 1,12-1,15 г/см³ в слое 0-20 см, не уступают в запасах гумуса, например, сенокосам с плотностью 0,98-1,0 г/см³.

Таким образом, основной причиной дегумификации почв Южного Зауралья является их многолетнее пахотное использование. Как показано в предшествующих работах [9], распашка почв приводит не только к сведению естественной растительности – основного источника органического вещества для синтеза гумуса, но и к изменению гидротермического режима почв в сторону их аридизации, деградации водно-физических свойств и структуры почв, а также снижению их биологической активности.

В ответ на агрогенное воздействие изменяется не только количество, но и качество гумуса, то есть его фракционно-групповой состав.  Высокая степень гумификации органического вещества и фульватно-гуматный тип гумуса являются характерными признаками для чернозёмов южных, однако при усилении степени сельскохозяйственной трансформации экосистемы эти показатели могут снижаться. Так, отношение доли углерода гуминовых кислот к фульвокислотам на кормовых угодьях составляет 1,92, что приближает качество их гумуса к гуматному типу. В почвах залежей и пашни показатель Сгк:Сфк заметно меньше (1,82 и 1,77 соответственно).

Величина отношения доли углерода гуминовых кислот к доли углерода фульвокислот снижается за счет определенных фракций. Анализ данных табл. 1 позволяет заключить, что при нарастании степени трансформации почв (от кормовых угодий до залежи и пашни) отмечается увеличение доли фракций свободных и прочносвязанных гуминовых кислот (ГК1 и ГК3) и снижение содержания гуминовых кислот, связанных с кальцием (ГК2).

При этом важно отметить, что высокое содержание фракции ГК2 не только является диагностическим признаком для черноземов, но и играет важную роль в создании и поддержании водопрочной комковато-зернистой структуры, а следовательно, и благоприятного гидротермического режима, аэрации, биологической активности и т.д. Изменение перечисленных условий гумусообразования может также усилить процесс дегумификации, то есть запускается механизм положительных обратных связей.

Изучение гумусного состояния агрогенно трансформированных черноземов южных на территории Оренбургского Зауралья позволяет сделать следующие выводы: 1) наиболее явные признаки дегумификации, проявляющиеся в сокращении гумусового профиля, уменьшении содержания и запасов гумуса, снижении показателя Сгк:Сфк, имеют пахотные почвы, испытывающие непосредственное воздействие тяжелой техники и развивающиеся в условиях постоянного отчуждения растительной фитомассы; 2) за 10-12-летний период залежные почвы не способны полностью восстановиться до прежнего, доагрогенного состояния; по ряду признаков, таких как малая мощность гумусовых горизонтов, фракционно-групповой состав, они остаются ближе к пахотным почвам; 3) почвы кормовых угодий (сенокосы и пастбища) характеризуются близкими и наиболее высокими из всех исследованных черноземов показателями содержания органического вещества, это свидетельствует о том, что  благоприятное гумусное состояние почв может поддерживаться только под фитоценозами, близкими к естественной степной растительности.

 

Список литературы / References

1. Lal R. Agricultural activities and the global carbon cycle // Nutrient Cycling in Agroecosystems. – 2004. V. 70. N 2. P. 103-116.
2. Dominguez G. F. Soil organic C and N fractions under continuous cropping with contrasting tillage systems on mollisols of the southeastern Pampas / G. F. Dominguez, N. V. Diovisalvi, G. A. Studdert, M. G. Monterubbianesi // Soil and Tillage Research. – 2009. V. 102. P. 93–100.
3. Ogle S. M. Agricultural management impacts on soil organic carbon storage under moist and dry climatic conditions of temperate and tropical regions / S. M. Ogle, F. J. Breidt, K. Paustian // Biogeochemistry. – 2005. V. 72. N 1. P. 87–121.
4. Robertson G. P. Soil System Management in Temperate Regions / G. P. Robertson, A. S. Grandy // Biological Approaches to Sustainable Soil System / edit. by N. Uphoff. – Boca Raton: CRC Press, 2006. – P. 27–39.
5. Александрова Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. – Л. : Наука, 1980. – С. 122–133.
6. Бирюкова О. Н. Содержание и состав гумуса в основных типах почв России / О. Н. Бирюкова, Д. С. Орлов // Почвоведение. – 2004. № 2. С. 171–188.
7. Саблина О. А. Агрогенная трансформация и гумусное состояние почв сельскохозяйственных угодий Оренбургского Зауралья // Электронное периодическое издание «Живые и биокосные системы». – 2015. № 14. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-14/article-1
8. Орлов Д. С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов / Д. С. Орлов, О. Н. Бирюкова, М. С. Розанова // Почвоведение. – 2004. № 8. С. 918–926.
9. Саблина О. А. Экология гумусообразования степных почв Зауралья: Диссертация на соискание ученой степени к.б.н. – Оренбург: ОГУ, 2011. – 185 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Lal R. Agricultural activities and the global carbon cycle // Nutrient Cycling in Agroecosystems. – 2004. V. 70. N 2. P. 103-116.
2. Dominguez G. F. Soil organic C and N fractions under continuous cropping with contrasting tillage systems on mollisols of the southeastern Pampas / G. F. Dominguez, N. V. Diovisalvi, G. A. Studdert, M. G. Monterubbianesi // Soil and Tillage Research. – 2009. V. 102. P. 93–100.
3. Ogle S. M. Agricultural management impacts on soil organic carbon storage under moist and dry climatic conditions of temperate and tropical regions / S. M. Ogle, F. J. Breidt, K. Paustian // Biogeochemistry. – 2005. V. 72. N 1. P. 87–121.
4. Robertson G. P. Soil System Management in Temperate Regions / G. P. Robertson, A. S. Grandy // Biological Approaches to Sustainable Soil System / edit. by N. Uphoff. – Boca Raton: CRC Press, 2006. – P. 27–39.
5. Aleksandrova L. N. Organicheskoe veshhestvo pochvy i processy ego transformacii [Soil organic matter and its transformation processes]. – L. : Nauka, 1980. – S. 122–133. [in Russian]
6. Birjukova O. N. Soderzhanie i sostav gumusa v osnovnyh tipah pochv Rossii [Content and composition of humus in the main types of soil in Russia] / O. N. Birjukova, D. S. Orlov // Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. – 2004. № 2. S. 171–188. [in Russian]
7. Sablina O. A. Agrogennaja transformacija i gumusnoe sostojanie pochv sel'skohozjajstvennyh ugodij Orenburgskogo Zaural'ja [Agrogene Transformation and Humus State of Soil in Farmland of Orenburg Zauralye] // Jelektronnoe periodicheskoe izdanie «Zhivye i biokosnye sistemy» [Electronic periodical issue «Living and bioinert systems»]. – 2015. № 14. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-14/article-1 [in Russian]
8. Orlov D. S. Dopolnitel'nye pokazateli gumusnogo sostojanija pochv i ih geneticheskih gorizontov [Additional indicators of soil humus and their genetic horizons] / D. S. Orlov, O. N. Birjukova, M. S. Rozanova // Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. – 2004. № 8. S. 918–926. [in Russian]
9. Sablina O. A. Jekologija gumusoobrazovanija stepnyh pochv Zaural'ja [Ecology of humus formation of steppe soil in Trans-Urals Region]: Dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni k.b.n [Thesis for the degree of Ph.D.]. – Orenburg: OGU, 2011. – 185 s. [in Russian]