Гумусное состояние дерново-подзолистых почв Надсянской равнины

Луцишин Елена Зиновьевна,

соискатель кафедры почвоведения и географии почв Львовского национального университета им. Ивана Франко.

Научный руководитель – доктор географических наук, профессор кафедры почвоведения и географии почв Львовского национального университета им. Ивана Франко

Гаськевич Владимир Георгиевич.

Гумус является источником питательных веществ, влияет на физические и химические свойства почв, регулирует и определяет характер бактериальной флоры и ее активность. В статье приведены результаты исследований содержания и запасов гумуса в дерново-слабоподзолистых почвах Надсянской моренно-зандровой равнины. Проанализированны показатели гумусного состояния почв под биоценозами (лес) и агроценозами (пашня, пастбище). Дана характеристика профильного содержания гумуса. За результатами проведенных лабораторно-аналитических исследований определен тип гумуса, соотношения в гумусе углерода и азота, установлено содержание «свободных» гуминовых кислот и степень их связи с кальцием и устойчивыми полутораокисями.

Ключевые слова: органическое вещество, гумус, содержание гумуса, запасы гумуса, гумификация, гуминовые кислоты, фульвокислоты.

Значение органического вещества в почве настолько большое, что занимает одно из первых мест в исследованиях почвоведения. Гумус – источник основных питательных элементов для растений: углерода, азота, в меньшей степени фосфора, кальция, железа, марганца и других элементов. Возможность использования некоторых из них зависит от состояния гумуса, который химически взаимодействует с неорганическими комплексами [11,
с. 17].

Гумусовые вещества существенно влияют на структуру и физические свойства почв. Присутствие в почве гумуса, даже в незначительном количестве, может изменить их структурно-функциональные гидрофизические и механические свойства, как за счет агрегации минеральной части элементарных почвенных частиц, так и путем модификации их поверхности. Распределение гумусовых вещества по фракциям связано с характером их взаимодействия с минеральной частью [2, с. 61].

Надсянская моренно-зандровая равнина занимает крайнюю северо-западную часть Предкарпатья и является территорией давнего земледелия и cкотоводчества. Поэтому, одной из основных проблем исследований почв является установление изменений показателей гумусного состояния вследствие длительного, интенсивного сельскохозяйственного использования.

Исследование генезиса и состава гумуса почв началось в XVIII веке путем развития химической и биологической теории гумусообразования. Химическое направление возникло в Западной Европе. Его развивали такие ученые как: Ф. Ахард (1786), Т. Соссюр (1804), К. Шпренгель (1826), Л. Берцелиус (1839), П. Герман (1836). Они рассматривали гумусообразование как процесс химических реакций, а микроорганизмам отводилась активная роль только в процессе разложения органических остатков. Биологическое направление получило развитие в трудах П. А. Костычева, В. Р. Вильямса,
И. В. Тюрина, М. М. Кононовой, Л. Н. Александровой, В. В. Пономаревой,
Д. С. Орлова и других.

В последнее десятилетие гумусное состояние почв Западной Украины, в том числе и Предкарпаттья, изучалось С. П. Позняком, З. П. Панькивым,
Г. С. Пидвальной и другими. Авторы отмечают тенденции, как к увеличению, так и к снижению показателей содержания гумуса в почвах в зависимости от степени и направления их использования.

Основной задачей наших исследований является изучение гумусного состояния дерново-подзолистых почв Надсянской равнины и его изменение в процессе окультуривания. Объект изучения – дерново-слабоподзолистые почвы под естественными биоценозами (лес) и агроценозами (пашня, пастбище). Предмет – показатели гумусного состояния почв (содержание и запасы гумуса, его профильное распределение, обогащенность гумуса азотом, степень гумификации органического вещества, тип гумуса).

Исследования проводились на территории Верблянського и Краковецкого сельских советов Яворовского района Львовской области. Лабораторно-аналитические исследования проведены по общепринятым методикам ГОСТ и ДСТУ в Украине. Содержание гумуса определено по методу Тюрина в модификации Никитина. Фракционно-групповой состав гумуса – по методу Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой. Валовой азот – по методу Кьельдаля. Оценка гумусного состояния почв Надсянской равнины проведена по системе показателей, которые разработаны Л. А. Гришиной и Д. С. Орловым (1978). Результаты исследований приведены в таблицах 1, 2 и рисунке 1.

Многочисленными научными исследованиями установлено, что одной из основных причин низкого естественного плодородия дерново-подзолистых почв является относительно незначительное содержание гумуса и преобладание в его составе фульватных и гуматно-фульватных гумусных веществ. Его количество зависит от гранулометрического состава, степени окультуривания и общих биоклиматических условий, колеблется в пределах 1-2 % [1, 10]. Исследованиями Л. А. Гришиной установлено, что формирование гумуса в слабоподзолистых супесчаных почвах на водно-ледниковых песках под лесом происходит в основном в лесной подстилке. В минеральном профили перераспределяются и сортируются уже готовые продукты, гумусовые кислоты с меньшей молекулярной массой и более простой организацией [3, с. 120].

Целинные дерново-подзолистые почвы характеризуются маломощным гумусово-аккумулятивным горизонтом. Он является недостаточным для развития корневой системы большинства сельскохозяйственных культур и не формирует благоприятный водно-воздушный и питательный режимы. Гумусовый горизонт почв под биоценозами маломощный, бесструктурный, обедненный фракцией ила. Вследствие развития подзолистого процесса реакция почвенного раствора – кислая [5, 9].

Гумусово-элювиальный горизонт окультуренных почв формируется под влиянием остаточных гумусовых веществ целинных почв, которые прочно связаны с минеральной частью корневых остатков, а также внесенных органических удобрений. Мощность данного слоя определяется глубиной вспашки [6].

По исследованиям Д. С. Орлова, оптимальный интервал содержания гумуса окультуренных дерново-подзолистых почв для различных зон должен быть в пределах 2,5-4%. При меньшем содержании гумуса урожайность сельскохозяйственных культур уменьшается [8, с. 176].

Проведенными ними исследованиями установлено, что дерново-слабоподзолистые окультуренные почвы Надсянской равнины не соответствуют выше указанным требованиям. Дерново-слабоподзолистые почвы на водно-ледниковых отложениях под био- и агроценозами содержат менее 2% гумуса. По системе показателей, содержание гумуса в них оценивается как очень низкое [7, с. 39].

Под лесом, в пределах опытного участка Краковец, содержание гумуса в гумусово-элювиальном горизонте составляет 1,67%. В элювиальном горизонте его содержание резко уменьшается и составляет 0,81%. Низкое содержания гумуса в верхнем горизонте объясняется тем, что источником органических веществ, за счет которых происходит гумусообразование и гумусонакопление, является средне- и хорошо разложенная лесная подстилка.

Основным источником поступления органического вещества в агроценозах являются корневые выделения растений, остатки собранного урожая и органические удобрения. Среднее содержание гумуса в гумусово-элювиальном пахотном и подпахотном горизонтах, на территории Краковецкого опытного участка под пашней, практично такое же как и под лесом – 1,63%. Под пастбищами, бывшей пашней, содержание низкое и составляет 1,34%. В элювиальных и иллювиальных слоях содержание гумуса менее 1% (табл. 2).

В результате вспашки и внесения органических удобрений, гумусовый горизонт под сельскохозяйственными угодьями более мощный и составляет 35,4-37,4 см, а под лесом – 18,6 см. За счет этого, кривая профильного распределение гумуса в агроценозах является более плавной, а под лесом – резкой (табл. 1, рис. 1). Дерново-слабоподзолистые почвы Надсянской равнины характеризуются регрессивно-аккумулятивным типом гумусового профиля.

Низкое содержание гумуса в дерново-слабоподзолистых почвах сказалось на его запасах. Максимальные значения характерны для окультуренных угодий. В частности, под пашней, в слое 0-20 см запасы составляют 44,7 т/га, под пастбищами – 46,4 т/га, а в слое 0-100 см – 144,0, 148,0 т/га, соответственно. Это обусловлено гранулометрическим составом почв, плотностью сложения, глубокой вспашкой и внесенными удобрениями. Под лесом запасы гумуса несколько меньше: в слое 0-20 см составляют 44,1 т/га и в слое 0-100 см – 102,9 т/га. Запасы гумуса в дерново-слабоподзолистых почвах под естественными биоценозами и агроценозами в слое 0-20 см оцениваются как очень низкие, в слое 0-100 см – низкие (табл. 1).

Одним из важных элементов в составе гумуса и почвы в частности, является азот. В почве основная его доля представлена органическими соединениями специфической и неспецифической природы [4]. Обогащенность гумуса азотом характеризуется мольным соотношением С:N. На данную величину влияют как белковые компоненты микроорганизмов, так и фиксированный аммонийный азот. Характер изменения величины С:N характеризует степень гумификации органического вещества [7, с . 205].

Таблица 1.

Показатели гумусного состояния дерново-слабоподзолистых почв Надсянской равнины.

Таблица 2.

Обогащенность гумуса на валовой азот и отношение С:N.

Рис. 1. Профильное распределение гумуса в дерново-слабоподзолистых почвах на водно-ледниковых отложениях.

В результате уменьшения содержания гумуса по почвенному профилю, снижается и содержание валового азота. В гумусово-элювиальном горизонте дерново-слабоподзолистых почв под разными ценозами оно составляет 0,08%. Только под пастбищами, в подпахотном шаре, несколько меньше – 0,05% (табл. 2). Обогащенность гумуса азотом низкая, соотношение С:N составляет 11,6-12,1. С глубиной, к элювиальному слабоилювийованому слабогумусованому шару увеличивается, что свидетельствует о снижении его запасов (табл. 1, 2).

Важным в гумусном состоянии почв является степень гумификации органического вещества. Она характеризирует долю гумусовых веществ в составе органичной части почвы. Степень гумификации принято оценивать по содержанию гуминовых кислот в составе органического вещества почвы, выраженной в процентах. Негидролизированый остаток и фульвокислоты не могут быть критерием гумификации, поскольку доля гуминовых кислот более-менее постоянная и зависит в основном от гранулометрического состава почвы, а фульвокислоты содержат в своем составе неспецифические органические вещества [6, с. 28, 7, с. 205].

Максимальная доля гумусовых веществ присуща дерново-слабоподзолистым почвам, которые сформировались под лесной растительностью – 34,0%. В почвах под агроценозами значения составляют 30,5 – 31,2%. В гумусово-элювиальных горизонтах под агро- и биоцэнозами оцениваются как высокие.

Тип гумуса характеризирует отношение углерода гуминовых и фульвокислот С_ГК:С_ФК. Дерново-слабоподзолистые почвы Надсянской равнины характеризуются гуматно-фульватным типом гумуса, со средним значением С_ГК:С_ФК – 0,6-0,8 (табл. 1).

Важными для оценки гумусного состояния почв являются показатели фракционного состава гумуса. Они характеризуют активность, агрессивность органических вещества, их подвижность и связанность с минеральной частью.

Одним из важных свойств гумуса почв подзолистого типа является то, что их гуминовые кислоты представлены преимущественно бурой фракцией, слаборастворимой в воде и неспособной прочно удерживать кальций от вымывания. В почвах бурые гуминовые кислоты в основном связаны с несиликатными формами полутораокисей. В этой форме соединения остаются кислыми и имеют постоянную тенденцию возвращаться к этому состоянию через некоторое время после известкования почв [10, с. 196].

Содержание «свободных» гуминовых кислот в дерново-слабоподзолистых почвах на водно-ледниковых отложениях под лесом и пашней высокое, под пастбищами – среднее. Содержание гуминовых кислот связанных с кальцием – очень низкое, содержание прочно связанных гуминовых кислот – высокое (табл. 1).

Выводы

Комплекс природных и антропогенных факторов обусловил на территории Надсянской равнины в дерново-слабоподзолистых почвах низкое содержание гумуса, регрессивно-аккумулятивный тип гумусового профиля, низкую обеспеченность углеродом и азотом, преимущественно гуматно-фульватный тип гумуса под естественными и сельскохозяйственными угодьями. Привлечение целинных земель к сельскохозяйственной обработке положительно повлияло на количество гумуса в гумусово-элювиальном слое, на запасы гумуса и мощность гумусового слоя. Под агроценозами несколько ухудшилась степень гумификации органического вещества.

Литература

1.                  Александрова Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации [Текст] / Л. Н. Александрова. – Л.: Наука, 1980. – 288 с.

2.                  Воронин А. Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв: монография [Текст] / А. Д. Воронин. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. – 204 с.

3.                  Гришина Л. А. Гумусообразование и гумусное состояние почв [Текст] /
Л. А. Гришина. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. – 212 с.

4.                  Зырин Н. Г. Физико-химические методы исследования почв [Текст] /
Н. Г. Зырин, Д. С. Орлов. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964. – 348 с.

5.                  Лыков А. М. Органическое вещество и плодородие почвы в интенсивном земледелии [Текст] / А. М. Лыков, Б. П. Боинчан, С. М. Вьюгин. – М.: ВНИИТЭСХ, 1984. – 59 с.

6.                  Орлов Д. С. Методические указания по обработке и интерпретации результатов химического анализа почв [Текст] / Д. С. Орлов, Г. В. Мотузова,
М. С. Малинина. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. – 109 с.

7.                  Орлов Д. С. Органическое вещество почв и органическое удобрение [Текст] / Д. С. Орлов, И. Н. Лозановская, П. Д. Попов. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 1985. – 97 с.

8.                  Орлов Д. С. Химия почв: Учебник [Текст] / Д. С. Орлов. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. – 376 с.

9.                  Пестряков Я. К. Окультуривание почв Северо-Запада [Текст] /
Я. К. Пестряков. – Л.: Колос, 1977. – 343 с.

10.               Пономарева В. В. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения) [Текст] / В. В. Пономарева, Т. А. Плотникова. – Л.: Наука, 1980. –
222 с.

11.               Сельман А. Ваксман. Гумус происхождение, химический состав и значение его в природе [Текст] / Сельман А. Ваксман: пер. В. М. Потоцкого,
С. В. Моро. – М.: Сельхозгиз, 1937. – 472 с.

Поступила в редакцию 12.11.2013 г.