ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ПРИ ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ПРИ ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Научная статья

Сайфуллин Р.Р.^*

НИЦ-1 Научно-исследовательский институт ФСИН России, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (nii.nauka[at]mail.ru)

Аннотация

Сохранение и эффективное использование плодородия почв сельскохозяйственного назначения – одно из условий развития культуры земледелия и получения стабильных, высоких урожаев. Любое использование земель в сельскохозяйственных целях приводит к постепенной деградации почв в целом, а в частности и к неминуемым потерям гумуса и снижению почвенного плодородия. Агроландшафты испытывают постоянное негативное воздействие при эксплуатации земель, что приводит к естественному истощению запасов почвенного органического вещества. Ухудшаются агрофизические и агрохимические свойства почв.

В связи с этим не снижается актуальность изучения вопросов прогнозирования направленности и интенсивности деградационных процессов в почве, вопросов по научному обоснованию и разработке практических мероприятий по сдерживанию негативных факторов.

Ключевые слова: почвенное плодородие, деградация почв, органическое вещество, гумификация, дегумификация, минерализация, гумус, гумат.

CHANGES IN SOIL FERTILITY DURING THEIR AGRICULTURAL USE

Research article

Sayfullin R.R.^*

Research Institute of the Federal Penitentiary Service of Russia (Research Center No. 1), Moscow, Russia

* Corresponding author (nii.nauka[at]mail.ru)

Abstract

The preservation and effective use of agricultural soil fertility is one of the conditions for the development of agricultural culture and obtaining stable, high yields. Any use of land for agricultural purposes leads to gradual degradation of soils, specifically to the inevitable loss of humus and a decrease in soil fertility. Cultivated landsexperience a constant negative impact during land exploitation, which leads to a natural depletion of soil organic matter reserves. As a result, the agrophysical and agrochemical properties of soils deteriorate.

In this regard, the present-day significance of studying the issues of forecasting the direction and intensity of degradation processes in the soil, as well as the issues of scientific justification and the development of practical measures to contain negative factors, does not decrease.

Keywords: soil fertility, soil degradation, organic matter, humification, dehumification, mineralization, humus, humate.

Введение

Сельскохозяйственное производство предполагает, в том числе рациональное использование почвенных ресурсов. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур с одновременным воспроизводством плодородия почвы в севообороте является одной из важных задач земледелия, поскольку вынос элементов питания с урожаем огромен, поступление надземной биомассы на агроценозах, по сравнению с целинными биотопами, ничтожно. На данных землях минерализация органического вещества превалирует над синтезом. Антропогенное воздействие на почву приводит к кардинальным изменениям в гумусовом режиме почвы.

Основная часть

Использование почв в сельском хозяйстве нарушает соотношение процессов гумусообразования и минерализации, установление равновесного содержания гумуса определяется уровнем восполнения органическими и минеральными удобрениями основных питательных веществ, постоянно отчуждаемых урожаем сельскохозяйственных культур, количеством и составом поступающих в почву растительных остатков, условиями их гумификации и развитием эрозии.

Наибольшие трансформации в функционировании почвенного покрова происходят в период освоения целинных земель. Показатели плодородия ежегодно меняются в сторону понижения. Параллельно с уменьшением мощности гумусового горизонта наблюдается снижение гумусированности почв. Активное сельскохозяйственное использование почв приводит к повсеместному развитию дегумификации, снижению мощности гумусового горизонта [1]. Кроме того, после распашки целины резко усиливается дефляция и выдувание мелкозема, который на 75-80 % состоит из органических частиц [2].

Выделяются два периода в снижении содержания органического вещества в почве. Быстрая первоначальная потеря гумуса обусловлена уменьшением поступления органического вещества и минерализацией накопленных легкоразлагаемых соединений при введении в культуру. По мере истощения запасов растительных остатков микроорганизмы начинают минерализовать основные компоненты гумуса, что приводит к снижению темпов минерализации органического вещества при дальнейшем сельскохозяйственном использовании почв [3].

Литературные данные показывают, что при продолжительном использовании почв содержание гумуса в пахотном слое снижается в среднем на 20-35% [4], [5]. Процессу дегумификации подвержены почвы всех пахотных угодий [6].

Представим обобщенные данные гумусового состояния черноземов в виде таблицы (см. таблицу 1).

Таблица 1 – Показатели гумусового состояния черноземов выщелоченных при их сельскохозяйственном использовании

Целина	Огородный участок	Пашня
Содержание гумуса в слое 0-20 см, %
10,0±0,5	8,5±0,35	7,0±0,3
Потери гумуса, % к целине
-	15	30
Запасы гумуса в слое 0-20 см, т/га
196±10	172±5	146±4
Запасы гумуса в слое 0-100 см, т/га
560±10	530±11	475±10
Степень гумификации, Сrк•100/Сорг
45,0±1,0	47,0±1,0	48,3±1,2
Тип гумуса, Сrк:Сфк
2,6±0,11	2,7±0,04	2,9±0,06
Содержание «свободных» гуминовых кислот, % к сумме ГК
25,0±0,8	20,0±1,1	17.2±1,0
Содержание гуминовых кислот связанных с Са, % к сумме ГК
66,0±1,5	67,4±1,5	70,8±2,0
Содержание прочносвязанных гуминовых кислот, % к сумме ГК
9,0±1,0	10,0±0,9	12.0±0,8
Негидролизуемый остаток, % от Сорг.
32,0±1,3	34,3±1,5	35,3±1,6
Содержание подвижного гумуса в слое 0-20 см, %
1,0±0,09	0,60±0,05	0,45±0,04
Потери подвижного гумуса, % к целине
-	40	55
Запасы подвижного гумуса в слое 0-20 см, т/га
19,6±1,1	12,2±0,8	9,4±0,7

Из показаний таблицы видно, что основное количество гумуса сосредоточено в слое 0-50 см и до 70 см. Содержание гумуса в пахотных почвах среднее, в целинных аналогах – высокое. Степень гумификации органического вещества очень высокая.

Прослеживается закономерность изменения содержания и состава гумуса в агроценозах при их использовании. Содержание общего гумуса под пашнями снижается на 15-30%. Меняется количество подвижного гумуса на 40-50%, в сторону уменьшения. В ряду основных видов агрогенной деградации почв, главным является нарушение их гумусового состояния. Дегумификация – это наиболее существенный вид деградации почвы. Фракционный состав почв так же претерпевает изменения. В пахотных почвах увеличиваются относительное содержание вторых и третьих фракций гуминовых кислот, они переходят в более инертное состояние и гумус становится более гуматным.

Количественные и качественные показатели изменения гумуса тесно связаны с характером сельскохозяйственного использования. Установленные количества гумуса в почвах являются равновесным уровнем его содержания, соответствующим изменениям вызванным характером их использования.

По относительному содержанию углеродной биомассы почвы различаются незначительно, но микроорганизмы из целинной почвы обладают большей физиологической активностью. При относительно низком содержании подвижного гумуса минерализация более сложных по структуре гумусовых веществ требует больших энергетических затрат, что вызывает снижение интенсивности разложения гумуса и выделения CO₂. Наибольшая эффективность биологического превращения соединений углерода характерна для целинной почвы.

В пахотной почве по сравнению с целинной почвой наблюдается увеличение использования углерода на образование единицы минеральных форм азота, что свидетельствует о снижении энергетической эффективности биологического превращения гумуса при некомпенсированном уровне баланса органического вещества. По мере истощения запасов легкометаболизируемого источника углерода вовлечение в метаболизм более устойчивых к биоразложению компонентов гумуса происходит с большими затратами энергии, что сопровождается дополнительным использованием углерода на высвобождение азота.

Исследованиями ряда авторов установлено, что содержание общего азота в пахотном горизонте почв меньше, чем в целинных аналогах, а в черноземах – на 14-37%. Количество минерального азота, наоборот, выше в распаханных почвах [7], [8].

Уровень накопления минерального азота в почве определяется скоростью минерализации гумуса. При биологической минерализации азот высвобождается в результате окисления углерода микроорганизмами для получения энергии. Необрабатываемая почва по способности обеспечивать растения минеральным азотом в среднем в два раза превышает пахотную почву. Запасы легкометаболизируемого углерода в почве являются определяющим фактором в обеспечении растений минеральным азотом и стабильностью функционирования агроценозов [9].

Заключение

Таким образом, в агроценозах увеличивается степень гумификации органического вещества, по составу гумус становится более гуматным. Содержание общего гумуса в почвах снижается на 15-30%. Наиболее существенные изменения происходят в содержании потенциально минерализуемого органического вещества.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1.Хасанов А.Н. Ретроспективный анализ состояния плодородия почв Южной лесостепи Республики Башкортостан за длительный период использования / А.Н. Хасанов, И.Г. Асылбаев, Б.В.Рафиков и др. // Известия Горского государственного аграрного университета. 2019. № 1. С. 30-36.

2.Ерёмин Д.И. Изменение гумусного состояния при распашке целинного чернозема выщелоченного в условиях лесостепной зоны Зауралья / Д.И.Ерёмин, В.Л.Телицын, Г.Д. Притчина // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 10. С. 17-19.

3.Хазиев Ф.Х. Почвы Башкортостана / Ф. Х. Хазиев, А. Х. Мукатанов, И. К. Хабирови др. – Уфа: Гилем, Т. 1. 1995.– 385 с.

4.Гамзиков Г.П. Влияние длительного систематического применения удобрений на органическое вещество почв / Г.П.Гамзиков, М.Н. Кулагина // Почвоведение. 1990. № 11. С. 57-67.

5.Багаутдинов Ф.Я. Состав и трансформация органического вещества почв / Ф.Я.Багаутдинов, Ф.Х.Хазиев. – Уфа: Гилем, 2000. – 197 с.

6.Хазиев Ф.Х. Почвы Республики Башкортостан и регулирование их плодородия / Ф.Х. Хазиев. – Уфа: Гилем, 2007. – 288 с.

7.Хабиров И.К. Экология и биохимия азота в почвах Приуралья / И. К. Хабиров. – Уфа: Гилем, 1993. – 224 с.

8.Хазиев Ф.Х. Органическое вещество почв / Ф. Х. Хазиев, А. Х. Мукатанов, Ф. Я. Багаутдинови др. – Уфа: БНЦ УрО АН СССР, 1991. – 273 с.

9.Сайфуллин Р.Р. Пути увеличения содержания гумуса в почвах Южно-лесостепной зоны Республики Башкортостан / Р.Р.Сайфуллин, М.С. Мартынов // Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-уральского региона. Российская научно-практическая конференция, 25-27 марта. Оренбургский государственный университет, 1998. С.92-93.

10. Ушаков Р.Н. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистых почв в процессе длительного сельскохозяйственного использования / Р.Н.Ушаков, А.В.Нефедов, Н.А. Иванникова // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2017. № 3 (35). С. 78-83.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Khasanov A.N. Retrospektivnyj analiz sostojanija plodorodija pochv Juzhnoj lesostepi Respubliki Bashkortostan za dlitel'nyj period ispol'zovanija [Retrospective analysis of the state of soil fertility in the Southern forest-steppe of the Republic of Bashkortostan for a long period of use] / A.N. Khasanov, I.G. Asylbayev, B.V. Rafikov et al. // Izvestija Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Izvestiya Gorsky State Agrarian University]. 2019. No. 1. pp. 30-36. [in Russian]
2. Eremin D.I. Izmenenie gumusnogo sostojanija pri raspashke celinnogo chernozema vyshhelochennogo v uslovijah lesostepnoj zony Zaural'ja [Change of humus state during plowing of virgin leached chernozem in the conditions of the forest-steppe zone of the Trans-Urals] / D.I. Eremin, V.L. Telitsyn, G.D. Pritchina // Dostizhenija nauki i tehniki APK [Achievements of science and technology of the agro-industrial complex]. 2012.No. 10. pp. 17-19. [in Russian]
3. Khaziev F.H. Pochvy Bashkortostana [Soils of Bashkortostan] / F. H. Khaziev, A. H. Mukatanov, I. K. Khabirov et al. - Ufa: Gilem, Vol. 1. 1995–- 385 p. [in Russian]
4. Gamzikov G.P. Vlijanie dlitel'nogo sistematicheskogo primenenija udobrenij na organicheskoe veshhestvo pochv [The influence of long-term systematic application of fertilizers on the organic matter of soils] / G.P. Gamzikov, M.N. Kulagina // Pochvovedenie [Soil science]. 1990. No. 11. pp. 57-67. [in Russian]
5. Bagautdinov F.Ya. Sostav i transformacija organicheskogo veshhestva pochv [Composition and transformation of organic matter of soils] / F.Ya. Bagautdinov, F.H. Khaziev. - Ufa: Gilem, 2000– - 197 p. [in Russian]
6. Khaziev F.H. Pochvy Respubliki Bashkortostan i regulirovanie ih plodorodija [Soils of the Republic of Bashkortostan and regulation of their fertility] / F.H. Khaziev. - Ufa: Gilem, 2007. - 288 p. [in Russian]
7. Khabirov I.K. Jekologija i biohimija azota v pochvah Priural'ja [Ecology and biochemistry of nitrogen in the soils of the Urals] / I. K. Khabirov. - Ufa: Gilem, 1993. - 224 p. [in Russian]
8. Khaziev F.H. Organicheskoe veshhestvo pochv [Organic matter of soils] / F. H. Khaziev, A. H. Mukatanov, F. Ya. Bagautdinov et al. - Ufa: BNC UrO of the USSR Academy of Sciences, 1991. - 273 p. [in Russian]
9. Sayfullin R.R. Puti uvelichenija soderzhanija gumusa v pochvah Juzhno-lesostepnoj zony Respubliki Bashkortostan [Ways to increase the humus content in the soils of the Southern forest-steppe zone of the Republic of Bashkortostan] / R.R. Sayfullin, M.S. Martynov // Optimizacija prirodopol'zovanija i ohrana okruzhajushhej sredy Juzhno-ural'skogo regiona. Rossijskaja nauchno-prakticheskaja konferencija, 25-27 marta [Optimization of nature management and environmental protection of the South Ural region. Russian Scientific and Practical Conference, March 25-27]. Orenburg State University, 1998. pp.92-93. [in Russian]
10. Ushakov R.N. Izmenenie agrohimicheskih svojstv dernovo-podzolistyh pochv v processe dlitel'nogo sel'skohozjajstvennogo ispol'zovanija [Change of agrochemical properties of sod-podzolic soils in the process of long-term agricultural use] / R.N. Ushakov, A.V. Nefedov, N.A. Ivannikova // Vestnik Rjazanskogo gosudarstvennogo agrotehnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva.[Bulletin of the Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev]. 2017. No. 3 (35). pp. 78-83. [inRussian]