Трансформация органического вещества в черноземных почвах

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК
Государственное научное учреждение
ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ЗАЩИТЫ ПОЧВ ОТ ЭРОЗИИ
Масютенко Н. П.
ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО
ВЕЩЕСТВА В ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ ЦЧР И
СИСТЕМЫ ЕГО ВОСПРОИЗВОДСТВА
.
Москва 2012
1
УДК 631.417:631.445.4 (470.32)
ББК 40.3
Масютенко Н.П. Трансформация органического вещества в черноземных
почвах ЦЧР и системы его воспроизводства.- М.: Россельхозакадемия,
2012.-150 с. ISBN 978-5-85941-454-3
В монографии рассмотрены теоретические аспекты связи состава органического вещества почвы с его устойчивостью, трансформацией и экологизацией земледелия. Показаны особенности многокомпонентной системы органического вещества черноземов и
его трансформация в зависимости от экспозиции склона, степени эродированности и
агрогенных факторов. Важное внимание уделено проблеме устойчивости органического вещества почвы. Дана оценка воздействия элементов систем земледелия на компоненты органического вещества черноземов. Оценена связь содержания и состава гумусовых веществ чернозема типичного с численностью, жизнедеятельностью микроорганизмов и с урожаем зерновых культур. Проанализированы теоретические аспекты проблемы и предложены основные принципы управления воспроизводством органического вещества в почве. Разработаны системы управления воспроизводством органического вещества почвы, обеспечивающие получение планируемых стабильных урожаев
сельскохозяйственных культур, сохранение почвенного плодородия, охрану окружающей среды и снижение потребности хозяйства в навозе. Представлен нормативный и
справочный материал для их реализации.
Монография предназначена для научных работников и специалистов в области почвоведения, агрохимии, земледелия и экологии.
Монография подготовлена в соответствии с направлением 2 Плана фундаментальных
научных исследований Российской академии сельскохозяйственных наук на 2008-2012
годы (Отделение земледелия) Программы фундаментальных научных исследований
государственных академий наук на 2008-2012 гг.
Рецензенты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ
Стифеев А.И.
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Азаров В.Б.
Рассмотрена и одобрена Ученым советом ГНУ ВНИИЗиЗПЭ
(протокол № 2 от 24 апреля 2012 г.)
ISBN 978-5-85941-454-3
© Российская академия
сельскохозяйственных наук, 2012
2
© ГНУ Всероссийский НИИ земледелия
и защиты почв от эрозии РАСХН,
2012 г.
3
ВВЕДЕНИЕ
В основе функционирования любых экосистем лежат процессы продуцирования, трансформации и транспорта органического вещества. Органическое вещество почвы выполняет множество разнообразных функций,
основные из них, это: энергетическая, питательная, структурообразовательная, регуляторная, защитная и санитарно-гигиеническая. Оно обеспечивает устойчивое функционирование природных и сельскохозяйственных
экосистем, уменьшает неблагоприятные последствия техногенных и других нагрузок.
Качественный и количественный состав органического вещества
почвы определяет все агрономически ценные ее свойства: запас питательных элементов, поглотительную способность, водно-физические, биологические и т.п. Глобальным воздействием гумуса на комплекс агрономических свойств почвы обусловлена его важнейшая роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Состав гумуса оказывает большое влияние не только на урожай культур, но и на качество сельскохозяйственной продукции.
Из-за возросшего антропогенного прессинга в большинстве пахотных
почв России вследствие недостаточного поступления в почву органических веществ, невысокой их гумификации, интенсивной минерализации
гумусовых веществ и развития эрозионных отмечается снижение содержания гумуса, изменяется его состав. Снижение содержания гумуса в почве
сопровождается ухудшением структурно-агрегатного состояния, агрохимических и биологических свойств, частичной утратой экологических
функций почвы, то есть ее деградацией, и снижением продуктивности и
устойчивости земледелия.
Если в природных экосистемах органическое вещество почвы является саморегулирующейся и самовосстанавливающейся системой, то в пахотных почвах оно частично или полностью утрачивает эти свойства и
требует целенаправленного научно обоснованного управления человеком.
Воспроизводство органического вещества почвы – основа сохранения почвы как ресурса, обеспечивающего возможность существования Человечества. В этих условиях становится актуальной проблема управления воспроизводством органического вещества почвы
Для осуществления управления необходимо изучение влияния
средств управления на объет управления в различных условиях. В данном
случае необходимо исследование трансформации органического вещества
почвы под влиянием различных факторов. С вопросами управления – антропогенного воздействия на систему органического вещества почвы –
тесно связана проблема его устойчивости. Этот показатель исключительно
важен с экологической точки зрения при разработке допустимых антропогенных нагрузок на почву.
4
Цель данной работы - исследование трансформации органического
вещества в черноземных почвах и разработка системы его воспроизводства для сохранения почвенных ресурсов, улучшения их экологического состояния, обеспечения роста продуктивности и устойчивости земледелия.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
♦ Выявление закономерностей влияния агрогенных факторов и местоположения в рельефе на трансформацию и устойчивость многокомпонентной системы органического вещества почвы.
♦ Оценка связи содержания и состава гумусовых веществ чернозема
типичного с численностью и жизнедеятельностью микроорганизмов и
урожаем зерновых культур.
♦ Разработка основных принципов и системы управления воспроизводством и устойчивостью органического вещества черноземных почв и
его энергопотенциалом.
Проблемы, рассматриваемые и решаемые в данной работе, являются
актуальными и теоретически и практически значимыми.
Экспериментальная часть работы выполнена совместно с сотрудниками лаборатории агропочвоведения ВНИИ земледелия и защиты почв от
эрозии главными специалистами С. Я. Гатиловой, А. А. Ермаковой, научным сотрудником В. В. Шеховцовой, старшим агрономом В. А. Бурыкиным. Автор благодарна им за сотрудничество, выполнение химических
анализов почв, а также всем сотрудникам ВНИИЗиЗПЭ, обеспечивающим
функционирование полевых опытов.
В диссертации использованы результаты совместных исследований с
д.с.-х.н. Б.М. Когутом (раздел 2.5.2), которому автор приносит искреннюю
благодарность за плодотворное многолетнее сотрудничество.
Глава I. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводились в течение 1978-2010 годов в полевом
стационарном опыте по изучению влияния высоких доз органических
удобрений на плодородие почвы, в полевых стационарных девятипольном
и четырехпольном опытах, в многофакторном полевом опыте, заложенном
в опытном хозяйстве ВНИИЗиЗПЭ в 1984 году, в блоках плодородия и
бессменных посевах, в агроландшафтах (пашня, луг, лесополоса, залежь)
на склонах северной и южной экспозиции и водораздельном плато, а также
в Центрально-Черноземном Государственном биосферном заповеднике на
черноземе типичном мощном в некосимой степи, в дубраве снытевой и в
бессменном пару.
Объектами исследований были черноземы типичные и выщелоченные тяжело- и среднесуглинистые разной степени смытости, сформиро5
ванные на лессовидных отложениях суглинистого гранулометрического
состава богатых Са и основными элементами питания.
1.1. Геоморфологические и климатические условия
Центрально-Черноземная зона расположена в лесостепи Европейской части Российской Федерации на склонах Среднерусской возвышенности и части Окско-Донской низменности. Курская область относится к
Среднерусской провинции Центральной лесостепной и степной области,
которая характеризуется равнинным и слабоволнистым рельефом и занимает юго-западные склоны Среднерусской возвышенности. В ходе длительного развития эрозионно-аккумулятивных процессов территория оказалась значительно расчлененной речной и балочной гидрографической
сетью. Сформировались склоны разной длины, крутизны и экспозиции.
Наиболее выраженной выпуклостью продольного профиля и крутизной в
районе исследования отличаются склоны северной и северо-западной экспозиции.
Основными почвообразующими породами являются лессовидные
глины и суглинки, местами встречаются мел, мергель, третичные глины и
суглинки, пески и супеси доледникового и ледникового возраста. Для Курской области характерны два основных типа почв: черноземы и серые лесные почвы.
Климат Курской области – умеренно континентальный. Продолжительность солнечного сияния за год составляет 1700-1790 часов, за теплый
период – 1200-1280 часов. По теплообеспеченности область уступает
большинству других регионов черноземной зоны. Сумма температур выше
+10°С на большей части Курской области составляет 2300-2400°С. Средняя месячная температура воздуха самого теплого месяца – июля – колеблется от +18,5°С до +19,5°С, а самого холодного – января – от –9,5°С до
-9,0°С на северо-востоке и от -8,0°С до –7,5°С на юго-западе области.
Продолжительность безморозного периода в северо-восточных районах
142-150 дней, юго-западных – 155-164 дня. Характерной чертой климатических условий для холодного периода являются ранние осенние и поздние весенние заморозки, а также оттепели зимой.
Опытное хозяйство ВНИИЗиЗПЭ расположено в южной части центрального агроклиматического района, который характеризуется суммой
температур свыше +10°С приблизительно равной 2400°С, средней годовой
температурой воздуха +5,2°С.
Среднегодовое количество осадков колеблется в пределах 480600 мм. За период активной вегетации выпадает 270-300 мм осадков. В каждом из летних месяцев выпадает от 55 до 76 мм осадков, что обеспечивает достаточное увлажнение почвы, но оно неустойчиво по годам. Две трети
осадков выпадает в жидком виде, чаще всего в виде ливней. Высота снежного покрова к концу зимы достигает 24-30 см, по количеству осадков тер6
ритория района относится к зоне достаточного, но неустойчивого увлажнения. Годовой коэффициент увлажнения по Высоцкому – Иванову ниже
единицы (Иванов, 1948; Афанасьев, 1966; Денисова, 1966).
Ветровой режим относительно постоянный. В теплый период (апрель-сентябрь) преобладают северо-западные, западные и северовосточные ветра, а в холодный (октябрь-март) наряду с западными и югозападными ветрами довольно часто наблюдаются и юго-восточные.
В теплый период довольно часты засухи, которые повторяются в
среднем каждые три-четыре года и суховеи средней интенсивности. Сильные суховеи продолжительностью 2-3, а иногда 8-9 дней бывают от двух
до шести раз в десять лет. Суховеи средней интенсивности (при запасах
продуктивной влаги в пахотном слое до 10 мм, а в метровом – меньше 5060 мм) в вегетационный период бывают почти ежегодно (95-100% лет).
Годовой приход солнечной радиации равен 89 ккал/см 2. По сезонам
года это распределяется следующим образом: зима – 7, весна – 29, лето –
40 и осень – 13 ккал/см2. Продолжительность вегетационного периода
(среднесуточная температура от +5°С весной до +5°С осенью) в среднем
равна 185 дням, зима длится 135 дней.
Агроклиматические ресурсы района исследований благоприятны для
выращивания большинства сельскохозяйственных культур.
1.2. Почвы и их свойства
Почвенный покров представлен в основном черноземами типичными
мощными или среднемощными среднегумусными среднесуглинистыми
иловато-крупнопылеватыми, черноземами типичными слабосмытыми
среднесуглинистыми, черноземами типичными слабосмытыми тяжелосуглинистыми, черноземами типичными среднесмытыми тяжелосуглинистыми, черноземами выщелоченными среднесуглинистыми, черноземами выщелоченными
слабосмытыми
среднесуглинистыми
иловатокрупнопылеватыми. Черноземные почвы обладают высоким естественным
плодородием, которое обусловлено формированием черноземов под лугово-степной травянистой растительностью. Они содержат в основном достаточное количество питательных веществ, доступных для растений. Однако сельскохозяйственное использование чернозема, эрозионные процессы оказали существенное влияние на плодородие почвы: уменьшилось содержание гумуса, сократилась мощность гумусового горизонта, ухудшились агрохимические, агрофизические и биологические свойства.
Перед закладкой многофакторного полевого опыта была изучена
статистическая характеристика содержания гумуса в черноземах типичных
и выщелоченных разной степени смытости. Для ее определения на территории опыта были отобраны образцы почв в пахотном горизонте по сетке с
шагом опробования 50, 60, 90 м (комплексная работа с лабораторией теории, методики и систем земледелия) и в метровой толще через 10 см с ша7
гом опробования 13 м. Статистическую обработку полученных данных
проводили методом, описанным Е.А. Дмитриевым (1972). Общий гумус
определяли по методу И.В. Тюрина (1974). Было проанализировано более
600 образцов почвы.
Статистическая характеристика содержания гумуса в пахотном слое
черноземов в блоках плодородия и бессменных посевах, на полях 1-4 многофакторного полевого стационарного опыта представлена в таблице 1.
1. Статистическая характеристика содержания гумуса в пахотном
слое чернозема типичного (блок плодородия, северная экспозиция)
VMAX VMIN
Модальный
класс,
%
Блок
5,21 0,02 0,227 4,36 -0,08 -0,78
плодородия
5,68
4,71
5,12-5,20
Поле 1 и
бессменные 5,20 0,04 0,236 4,54 -0,02 -0,30
посевы
5,70
4,71
5,11-5,28
Поля 2, 3, 4 5,22 0,02 0,225 4,32 -0,10 -1,00
5,62
4,77
5,04-5,14
Объект
М
m
δ
V
A
ε
Примечание: М – среднее арифметическое, %; m – ошибка среднего арифметического, %; δ – дисперсия; V – коэффициент вариации, %; А – асимметрия; ε – эксцесс; VMAX, VMIN – максимальное и минимальное значение
содержания гумуса в почве, %.
Установлено, что распределение содержания гумуса в пахотном слое
изучаемых почв можно рассматривать как нормальное, отличия от него незначимы. Полученные коэффициенты асимметрии и эксцесса недостоверны.
Анализ статистических данных свидетельствует о близких значениях
среднего арифметического, максимального и минимального содержания
гумуса в пахотном слое исследованных почв и уровней их варьирования в
пространстве. Содержание гумуса в почве среднее и изменяется от 4,71%
до 5,70%, в среднем составляет 5,20+ 0,04%. Установлены наиболее часто
встречающиеся его значения (модальный класс). Отмечен сложный характер изменения содержания гумуса в пахотном слое чернозема типичного в
полях 2, 3, 4 по склону и поперек его. Средние значения содержания гуму8
са вниз по склону уменьшаются, но в нижней его части возрастают. На поле 1 и участке с бессменными посевами к северо-востоку отмечается снижение средних значений гумуса до 5,42+0,10%.
Составлена картограмма содержания гумуса в пахотном слое чернозема типичного северной экспозиции блока плодородия. На общем фоне с
содержанием гумуса в почве 5,2% в поле 2, 3, 4 встречаются отдельные
участки с 5,0 и 5,4% гумуса. В западной части поля 1 отмечается повышенное содержание гумуса 5,4-5,6%.
В пахотном слое почв эрозионного блока (северная экспозиция) содержание гумуса колеблется от 4,5 до 5,9% в зависимости от подтипа и
степени смытости. Коэффициент вариации – 4,2-5,3%. Содержание гумуса
в пахотном слое черноземов южной экспозиции изменяется от 4,50 до
5,41%. Следует отметить большую мощность гумусового слоя и высокую
обогащенность карбонатами в нижней части склона. Вскипание от 10%
HCl наблюдается с поверхности.
Для получения средних значений содержания гумуса при уровне вероятности р=0,95 в пахотном горизонте изучаемых почв необходимо производить отбор образцов в блоке плодородия из 6 точек, в эрозионном
блоке – из 7.
Количественный и качественный состав гумуса черноземов типичных и выщелоченных разной степени эродированности, его изменение в
зависимости от различных факторов и оценка их гумусного состояния рассматривается подробно во второй главе монографии.
Дана агрохимическая характеристика пахотных горизонтов изучаемых почв на водораздельном плато, на северном и южном склонах многофакторного полевого опыта (табл.2). Реакция солевой вытяжки колеблется
от 5,9 до 6,0 на склоне северной экспозиции и водораздельном плато и
близка к нейтральной, а на склоне южной экспозиции наблюдается тенденция к подщелачиванию почвы. Исследуемые почвы характеризуются
достаточно высокими уровнями содержания подвижных фосфатов и калия.
Сумма обменных оснований на склоне южной экспозиции на 10-16% выше, чем на северном склоне и водораздельном плато, однако содержание
обменного магния на склоне южной экспозиции в 1,5-1,6 раза ниже. Наименьшее содержание подвижного калия отмечено в почве на северном
склоне, что вероятно связано с процессами выщелачивания. Снижение
подвижности фосфатов в почве южного склона возможно определяется ее
подщелачиванием
Агрохимические характеристики чернозема типичного среднесмытого тяжелосуглинистого в опыте по изучению высоких доз органических
удобрений представлены в таблице 3.
В целом, агрохимический состав почв на изучаемых полевых опытах
показывает, что они являются типичными для лесостепной зоны Цен9
трально-Черноземной полосы. Территория опытного хозяйства достаточно
типична для Центрально-Черноземного района.
2. Агрохимическая характеристика пахотного слоя почв
многофакторного полевого опыта
Подвижные
Обменные
Местопо2+
2+
ложение рНн2о рНксl
Р2О5
К2О
Са +Mg
Са2+
Mg2+
в рельефе
мг/100 г почвы
мг·экв/100 г почвы
Водораздельное 6,9±0,3 6,0±0,2 24,8±2,19 18,5±1,40 26,4±1,1 22,4±1,0 4,4±0,7
плато
Северная
экспози- 7,0±0,2 5,9±0,3 18,7±0,78 12,8±0,92 27,6±1,0 23,4±1,0 4,7±1,0
ция
Южная
экспози- 7,8±0,1 7,3±0,1 16,1±1,03 16,8±1,01 30,7±0,8 27,2±1,2 2,9±0,8
ция
3. Химические и физико-химические свойства чернозем типичного
среднегумусного среднеэродированного тяжелосуглинистого
Горизонт
Глубина,
см
Гумус,
%
Общий
азот,
%
АПАХ
0-22
4,41
0,19
6,9
0,11
Обменные основания, мг·экв/100 г
почвы
СумСа2+ Mg2+
ма
24,6
3,0
27,6
А
23-37
3,98
0,16
7,2
0,10
25,4
4,5
29,9
9,8
8,6
АВ
40-50
2,90
0,11
8,0
0,10
25,5
2,8
28,3
5,6
9,4
рНн2о
Общий
фосфор,
%
Подвижные
Р2О5 К2О
мг/100 г
23,0 15,4
1.3. Опыты и их описание
Многофакторный полевой стационарный опыт ВНИИЗиЗПЭ находится на водораздельном плато и склонах северной и южной экспозиции
крутизной 1-5º. Опыт заложен в 1984-1985 годах. Исследования проводились в зернопаропропашном (черный пар – озимая пшеница – сахарная
свекла – ячмень) и зернотравяном (травы многолетние – травы многолетние – озимая пшеница – ячмень + травы) севооборотах на вариантах без
удобрений и с внесением 1 раз в ротацию 48 т/га навоза или 1 раз в ротацию 48 т/га навоза + NPK под культуру ежегодно с применением отвальной или безотвальной (плоскорезной) обработок почвы. Дозы удобрений
10
под культуры зернопаропропашного и зернотравяного севооборотов указаны в таблице 4. Глубина обычной вспашки почвы и плоскорезной обработки – 20-22 см, под сахарную свеклу – 28-30 см.
4. Дозы удобрений под культуры зернопаропропашного севооборота
Минеральные удобрения
N
Р2О5
К2О
Зернопаропропашной севооборот
Чистый пар
40
40
Озимая пшеница
20
Сахарная свекла
48
90
80
90
Ячмень
30
30
30
Всего
48
140
150
160
На 1 га пашни
12
35
37
40
Зернотравяной севооборот
Ячмень + травы многолетние
48
30
110
120
Травы многолетние
Травы многолетние
Озимая пшеница
20
40
40
Чередование культур
Всего
На 1 га пашни
Навоз, т/га
48
12
50
12,5
150
37,5
160
40
На территории многофакторного полевого опыта находятся приводораздельная, водорегулирующие и прибалочные лесополосы 1980 года
посадки. Лесные полосы состоят из смеси евро-американских гибридов
тополя «Робуста – 236» и «Заря». Данные гибриды относятся к подроду
бальзамического тополя, отличаются свето- и влаголюбием, требовательны
к плодородию почвы. В период исследований тополевые лесополосы отличались резко выраженной дифференциацией по высоте и диаметру стволов, усыханием нижних боковых ветвей во внутренних рядах.
Результаты лесоводственно-таксационной оценки лесополос на различных элементах склона показывают, что средняя высота лесополос
варьирует в пределах 14,5-20 м, средний диаметр – 15,1-30,2 см, средний
запас древесины – 166-672 м3/га. Крайние значения таксационных показателей отмечены в прибалочных лесополосах на склонах северной и южной
экспозиций.

описание лесополос проведено М.И. Лукьянчиковой, которой авторы выражают
благодарность
11
Средний прирост по высоте колебался в пределах 0,83-1,2 м, по диаметру – 0,89-1,78 см, по запасу –10-40 м3. Наилучшей производительностью отличался тополь в прибалочной лесополосе на склоне северной экспозиции. Средний прирост по запасу составил 39-40 м3/га, что в 2,6-4 раза
больше, чем в такой же лесополосе на склоне южной экспозиции. Сохранность насаждений на момент учета составила 36-62%. Количество деревьев
на единицу площади колебалась по вариантам от 1194 до 2083 шт./га, что
близко и даже несколько превышает рекомендуемую в этом возрастном
периоде (1,1-1,3 тыс. шт./га).
Залежь расположена ниже водорегулирующей лесополосы на склоне
северной экспозиции, не пашется с 1983 года. Растительность - разнотравно-злаковая. Почва – чернозем типичный среднесуглинистый.
Луг находится в нижней части склона южной экспозиции. Растительность разнотравно-злаковая. Почва – чернозем типичный среднесуглинистый.
Полевой четырехпольный опыт ВНИИЗиЗПЭ был заложен на северном и южном склонах крутизной 1-3° в 1980 году. Исследования проводились в конце первой ротации четырехпольного зернопаропропашного
севооборота с промежуточными культурами на вспашке, плоскорезной и
минимальной обработках. Глубина вспашки и плоскорезной обработки –
20-22 см, минимальной – 10-12 см (без основной обработки).
Чередование культур в севообороте следующее: овес с горохом –
яровая пшеница (N45P45K45) – кукуруза на силос (N90P90K90) – ячмень
(N45P45K45). Промежуточными культурами являлись овес с горохом, а подсевными – озимая рожь или озимая пшеница.
Схема опыта:
Южная экспозиция
1. Вспашка.
2. Плоскорезная обработка.
3. Минимальная обработка.
Северная экспозиция
1. Вспашка.
2. Плоскорезная обработка.
3. Минимальная обработка.
4. Вспашка + подсев промежуточных культур.
5. Минимальная обработка + подсев промежуточных культур.
6. Минимальная обработка + подсев пожнивной культуры.
7. Залежь.
Полевой опыт ВНИИЗиЗПЭ заложен на северном склоне крутизной
5-7° в 1976-1977 г.г. Исследования проводились в начале третьей ротации
четырехпольного зернопаропропашного севооборота (вико-овсяная смесь
– кукуруза на силос – озимая пшеница – ячмень) на вариантах без удобре12
ний и с внесением 1 раз в ротацию 45 т/га навоза и NPK под культуру ежегодно при отвальной и плоскорезной обработках – 20-22 см, под кукурузу
–25-27 см.
Полевой опыт по изучению влияния высоких доз органических
удобрений на плодородие чернозема типичного среднесмытого заложен
в 1976 году на склоне южной экспозиции по следующей схеме:
1. Контроль.
2. Навоз 60 т/га 1 раз за ротацию севооборота + NPK ежегодно под
культуру.
3. Навоз 120 т/га 1 раз за ротацию севооборота + NPK ежегодно под
культуру.
4. Навоз 60 т/га 1 раз за ротацию севооборота + солома 5 т/га после
зерновых + NPK ежегодно под культуру.
5. Навоз 120 т/га 1 раз за ротацию севооборота + солома 5 т/га после
зерновых + NPK ежегодно под культуру.
6. Торф 120 т/га 1 раз за ротацию севооборота + солома 5 т/га после
зерновых + NPK ежегодно под культуру.
7. Солома 5 т/га после зерновых + NPK ежегодно под культуру.
8. NPK ежегодно под культуру.
Чередование культур и внесение минеральных удобрений следующее:
1. Кукуруза на силос – N90P90K45
2. Вико-овес на зеленый корм – N40P20K10
3. Озимая пшеница – N45P45K45
4. Ячмень на зерно с подсевом клевера – N45P45K45
Обработка почвы – отвальная 20-22 см, под кукурузу –25-27 см.
1.4. Методика исследований
Исследования проводились согласно существующим методам, принятым в почвоведении и земледелии, с использованием системного подхода и методов моделирования. При этом применялись следующие современные методы исследования: сравнительно-географический, статистикокартометрический, агроландшафтный, почвенных ключей, многофакторных и однофакторных стационарных полевых опытов, почвеннорежимных наблюдений, почвенных вытяжек, химические, физические и
биологические.
1.4.1. Методика полевых исследований
Для изучения органического вещества чернозема типичного в агроландшафтах на территории многофакторного полевого опыта на пашне, лугу,
залежи, в лесополосах на склонах северной, южной экспозиции и водораздельном плато были заложены почвенные полуразрезы на глубину 0-50 см
(рис.1). В полуразрезах по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 см отби13
рались индивидуальные образцы почвы для определения состава гумусовых веществ и отдельно почвенные монолиты буром для определения
плотности и содержание негумифицированного органического вещества в
почве. В Центрально-Черноземном Государственном биосферном заповеднике были отобраны образцы почвы по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 4050 см для определения количественного и качественного состава органического вещества чернозема типичного мощного.
Для изучения влияния элементов систем земледелия (органических и органо-минеральных удобрений, севооборотов и обработок почвы) на количественный и качественный состав органического вещества черноземов разной степени смытости и его динамику в указанных ранее многофакторных
и однофакторных стационарных полевых опытах образцы почвы отбирали
в пахотном или подпахотном слоях через 10 см по диагонали делянки в 5-6
точках в зависимости от коэффициента вариации содержания гумуса. Для
определения баланса гумуса изучалось его содержание в почве перед закладкой опыта и в конце ротации, для чего в метровой толще через 10 см
по сетке с шагом опробования два-три метра в 16 точках буром были отобраны образцы почвы. В течение вегетации в слоях 0-10 и 10-20 см исследовали динамику количественного и качественного состава лабильных гумусовых веществ, общего гумуса и показатели биологической активности
почвы – интенсивности разложения целлюлозы и эмиссии СО 2 с поверхности почвы. Отбор образцов почвы проводили в четыре срока: начало мая –
конец мая или начало июня (период максимальной биологической активности) – во время уборки урожая – в конце сентября. Параллельно изучали
динамику влажности и температуры почвы.
В полевых условиях изучали:
● плотность почвы – буром по методу Качинского (1986);
● температуру почвы – термометрами Саввинова (1986);
● негумифицированное органическое вещество – методом монолитов с последующим отмыванием на ситах или через капроновые
сетки;
● целлюлозоразлагающую активность почвы – по интенсивности
разложения хлопчатобумажного полотна (Мишустин, Вострова,
Петрова, 1987;
● выделение СО2 с поверхности почвы по методу Карпачевского, но
с изоляторами (1977).
Для изучения связи лабильных гумусовых веществ почвы с жизнедеятельностью микроорганизмов и урожаем зерновых культур отбирали
почвенные монолиты размером 20х15х25 см. Параллельно определяли
урожай зерна и продуктивность сельскохозяйственных культур метровками и отдельно с монолитов. Повторность – 50-кратная. Методики полевых
14
Ю-Ю-В
С-С-З
Луг
7
3
2
1
4
6
IIв
8
9
10 11 12
5
13 14
18
15
19
залежь
16
IIб
Ia
17
IIIa
IIIб
Рис. 1. Схема размещения почвенных полуразрезов в агроландшафтной системе по профилю водосбора (1, 4, 8, 11,
14, 17 – в лесополосах; 2, 3, 5, 7, 9 – на пашне северного склона; 10, 12 – на пашне водораздельного плато; 13, 15,
16, 18 – на пашне южного склона; 6 – на залежи; 19 – на лугу; I – приводораздельная лесополоса, IIа, IIб, IIв - водорегулирующие лесополосы, IIIа, IIIб – прибалочные лесополосы)
15
исследований при определении оптимальных и критических параметров
плодородия почвы указаны в разделе 1.4.3.
1.4.2. Аналитические методы исследований
В отобранных образцах почвы в лабораторных условиях изучали
следующие характеристики почвы.
I. Показатели гумусного состояния почвы:
● Содержание общего гумуса – по методу Тюрина в модификации
Никитина со спектрофотометрическим окончанием (1983) по Орлову и
Гриндель (1981).
● Фракционно-групповой состав гумуса почвы по методу Тюрина в
модификации Пономаревой и Плотниковой (1980).
● Лабильные гумусовые вещества – в 0,1 н вытяжке NаОН из почвы
без декальцирования в модификации Почвенного института им. В.В. Докучаева (―Рекомендации для исследования …,‖ 1984; Когут, Булкина,
1987) и автора диссертации (Когут, Масютенко и др., 1988). Подробнее изложено в подразделе 1.4.3.
● Лабильные гумусовые вещества (ЛГВ) щелочных вытяжек подразделяли на лабильные гуминовые кислоты (ЛГК) и лабильные фульвокислоты (ЛФК) общепринятым методом (―Рекомендации для исследования
…,‖ 1984).
● Препараты лабильных гуминовых кислот для определения их элементного состава были выделены по методу, принятому в лаборатории
биологии и биохимии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева
(1984). Дополнительную очистку препаратов проводили по методу M. Levesque, M. Schnitzer (1986).
● Элементный состав лабильных гуминовых кислот: содержание углерода, азота, водорода и золы – определяли на автоматическом анализаторе фирмы «Перкин-Элмер» (США), содержание кислорода – по разности.
● Углерод микробной биомассы – регидратационным методом (Благодатский, Благодатская, Горбенко, Паников, 1987).
II. Показатели агрохимических свойств (―Агрохимические методы
исследования почв,‖ 1975):
♦ Общий азот – по Кьельдалю.
♦ Нитратный и аммонийный азот – фотоколориметрическим методом с
дисульфофеноловой кислотой и реактивом Несслера соответственно.
♦ Нитрификационная способность – по Кравкову в модификации Болотиной и Абрамовой.
♦ рН водной и солевой вытяжки – потенциометрически.
♦ Гидролитическая кислотность – по Каппену.
♦ Сумма обменно-поглощенных оснований Ca2+ + Mg2+ - объемным методом трилонометрически.
16
♦ Подвижные фосфор и калий – по методу Чирикова в модификации
Вишневского.
III. Агрофизические свойства:
■ Влажность почвы – весовым методом (Вадюнина, Корчагина, 1986).
■ Плотность сложения почвы – по методу Качинского (Вадюнина,
Корчагина, 1986).
Кроме общепринятых методов исследования почв нами были разработана, апробирована и использована в исследованиях методика определения оптимальных и критических параметров плодородия почвы (подраздел
1.4.4).
Экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики (Дмитриев, 1972; Гублер, 1978; Доспехов, 1985) и информационно-логического анализа (Пузаченко, Мошкин, 1969; Пузаченко,
Карпачевский, Взнуздаев, 1972).
1.4.3. Метод определения оптимальных и критических
параметров плодородия почвы
Основным методом определения оптимальных параметров является
сопряженное изучение свойств почвы и урожаев сельскохозяйственных
культур в полевых опытах, проведенных с использованием микрополевого
метода и метода площадок на хозяйственных посевах и т.п. При обработке
получаемого большого массива различных свойств почв используют современные методы математической статистики (Дмитриев, 1972; Дрейпер,
Смит, 1973 и др.; Прохорова, Сорокина и др., 1973; Гублер, Генкин, 1973;
Бондарев, Медведев, 1980; Егоршин, 1980; Ельников, 1980; Семенов и др.
1980; Прохорова, Сорокина и др., 1980; Дуда, 1980).
Нами предлагается для определения оптимальных параметров плодородия почвы применять информационно-логический анализ, в основу
которого положены представления об измеримости информации, передаваемой изучаемому явлению как от одного параметра, так и от их совокупности (Пузаченко, Мошкин, 1969). В почвенных исследованиях применяли
информационно-логический анализ Ю.Г. Пузаченко, Л.О. Карпачевский,
Н.А. Взнуздаев (1970), Л.М. Бурлакова (1983), Н.П. Орехова (1985),
Н.П. Масютенко, В.Ф. Юринская (1989, 1990), Е.В. Шутова, Н.П. Масютенко (2000) и др.
Использование информационно-логического анализа в исследованиях позволит выявить параметры почвенных свойств и сочетаний их, специфичные определенным уровням урожайности сельскохозяйственных
культур и их качества. Полученные результаты за несколько лет позволят
судить о стабильности соответствия урожайности сельскохозяйственных
культур специфическим значениям параметров почвенных свойств или их
сочетаний.
17
Предлагается следующее определение оптимальных параметров
плодородия почвы. Для этого предварительно на производственных посевах намечают 50 метровых площадок так, чтобы растения на них отличались высотой, густотой, длиной колоса и т.п. На этих площадках в течение
вегетационного периода желательно несколько раз определить влажность,
температуру почвы, выделение СО2, фенологические наблюдения, агрохимические и агрофизические свойства почвы и т.п. Перед уборкой урожая
на каждой метровке необходимо отобрать почвенный монолит для культур
сплошного сева буром-рамой (20х15х25 см), предварительно срезав растения с монолита и с остальной части метровки. В почвенном монолите определяют агрохимические, агрофизические и биологические свойства почвы. В растительных образцах (зерне) определяют качество продукции и
элементный состав.
Полученные данные обрабатывают информационно-логическим анализом. Ход его, возможности применения при изучении почвы, определения понятий изложены Ю.Г. Пузаченко, Л.О. Карпачевским, Н.А. Взнуздаевым в их публикации (1970). Мы лишь коротко на этом остановимся.
Для проведения анализа потребуется определение следующих величин:
Р(ак) – условная вероятность классов;
Р(аi) – вероятность встречаемости каждого ранга параметра;
Р(вj) – вероятность встречаемости каждого ранга явления;
Н(А) – неопределенность для явления А, бит;
Н(В) – неопределенность для параметра В, бит;
Н(А/вj) – неопределенность для каждого ранга явления А, бит;
Н(В/аj) – неопределенность для каждого ранга параметра В, бит;
J(А/вj) – информация об явлении А, бит;
Т(А,В) – количество информации, поступающей от параметра В к
явлению А, бит;
J(В/аi) – информация о параметре В, бит;
Т(В,А) – количество информации, поступающей от явления А к параметру В, бит;
К – коэффициент эффективности передачи информации;
С – коэффициент связи по Генесу.
m·ак
n·ai
n'·bj
Р(ак)=
Р(аi)=
Р(bj)=
М
N
N
где: m – количество случаев появления аК в ранге;
n – общее количество случаев появления в ранге параметра а i;
М – количество наблюдений в ранге;
N – общее количество наблюдений.
Н(А/вj) = -∑ Р(аК) · log2Р(аК)
к
Н(А) = -∑ Р(аi) · log2Р(аi)
18
i
Н(B) = -∑ Р(bj) · log2Р(bj)
j
J(А/вj) = H(A) – H(A/вj)
-T(А,B) = ∑ Р(вj)·J(А/вj)
j
T(A,B)
H(B)
P(aк)
C=
P(ai)
К=
Выявление оптимальных параметров и их сочетаний рассмотрим на
примере чернозема типичного слабосмытого в посевах озимой пшеницы.
Полученные данные по урожайности озимой пшеницы и, например, содержанию водорастворимого гумуса в почве разбивают на ранги. Если
урожай культуры колеблется от 22 до 42 ц/га, тогда можно выделить 3 ранга: 22-28 ц/га, 29-34 ц/га, >34 ц/га. Аналогично данные по содержанию водорастворимого гумуса в почве можно разбить на 4 ранга:<0,017%, 0,0170,020%, 0,021-0,023%, >0,023%. Затем выявляют m, n, M, N и проводят
оценку связи между урожаем озимой пшеницы и водорастворимым гумусом. Для этого рассчитывают по формулам 1-9, соответственно, Р(ак), Р(аi),
Р(bj), Н(А/вj), Н(А), Н(B), J(А/вj), T(А,B), К, C.
На основе полученных условных вероятностей Р(а к) можно установить взаимную специфичность состояний, то есть выявить специфические
явления (ранг или значения урожая озимой пшеницы) наиболее характерное для каждого состояния (ранга) водорастворимого гумуса. Для этого
рассчитывают коэффициент связи по Генесу (С) – отношение условной вероятности к общей вероятности для каждого ранга явления по каждому параметру. Связь признается направленной в сторону того состояния явления, для которого коэффициент связи – наибольший (Карпачевский, 1972).
Специфические ранги (табл.8) обозначены звездочкой.
Для определения критических и оптимальных параметров необходимо выявление логического характера связи между функцией и аргументом.
В сложных логических функциях от нескольких аргументов (параметров) большое значение имеет логический характер связи между аргументами и положение их относительно друг друга. Выделяют четыре логических функции; дизъюнкции, конъюнкции, нелинейного произведения,
равнозначности.
Логическая функция дизъюнкции А=ВVС означает, что значение
функции А равно максимальному значению одного из аргументов. Для нее
характерно, что минимальная информативность соответствует рангу пара19
метра с направлением связи в область наименьшего значения явления
(функции), а максимальная информативность – в область наибольшего
значения явления (функции).
8. Зависимость (канал связи) между урожаем озимой пшеницы и
водорастворимым гумусом в слое почвы 0-25 см
Урожай, ц/га
ВодорастН(А/вj), J(А/вj), Р(bj)*J(А/вj),
воримый
Р(bj)
>34
28-34 22-28
бит
бит
бит
гумус, %
Р(ак)
>0,023
0,7143* 0,2857
0
0,1400 0,8618 0,7137
0,0990
0,021-0,023 0,2727 0,2727 0,4546* 0,4400 1,5395 0,0360
0,0158
0,017-0,020
0
0,2857 0,7143* 0,1400 0,8631 0,7124
0,0998
<0,017
0,2143 0,5714* 0,2143 0,2800 1,3283 0,2472
0,0692
Р(аi)
0,028 0,3600 0,3600 1,0000
Т=0,2847
Н(А)=1,5755 бит
Н(В)=1,8299 бит
Т=0,2847 бит
К=0,16
* - специфические ранги
Логическая функция конъюнкции А=ВΛС означает, что значение
функции А равно минимальному значению любого аргумента. Для нее характерно, что минимальная информативность соответствует рангу с направлением связи в область наибольшего значения явления (функции) и
наоборот.
Нелинейное произведение А = В С показывает, что значение функции есть среднеарифметическое из суммы аргументов. Для данной логической функции характерно, что состоянию наименьшей информативности
соответствует направление связи (специфичность) в область средних ранговых значений функции (явления), а максимальная информативность наблюдается у состояний, связь от которых направлена к минимальному или
максимальному ранговому значению.
Иногда встречается логическая функция равнозначности (коммутативного или некоммутативного умножения): А=В~С. При взаимодействии
параметров по логической форме равнозначности в частных каналах вообще не обнаруживается информации.
В нашем случае, зависимость между урожаем озимой пшеницы и водорастворимым гумусом описывается логической функцией нелинейного
произведения (табл.8).
За основу выделения оптимальных и критических параметров были
приняты следующие положения. Ранг параметра плодородия почвы спе20
цифичный наивысшему рангу продуктивности, урожая, показателей качества зерна сельскохозяйственной культуры является оптимальным для
данных почвенно-климатических условий и системы земледелия. При
дизъюнктивной (прямой) связи можно прогнозировать, что при интенсификации системы земледелия более высокому значению показателя плодородия почвы будут специфичны более высокие уровни продуктивности,
урожая сельскохозяйственных культур и его качества, который и будет оптимальным при изменившейся системе земледелия. При конъюнктивной
(обратной) связи наоборот.
Ранг параметра плодородия почвы специфичный значениям ниже
нижнего значения наименьшего ранга при дизъюнктивной (прямой) связи
и выше наибольшего верхнего значения ранга при конъюнктивной (обратной) связи является критическим.
Ранг водорастворимого гумуса, специфичный наивысшему рангу
урожая озимой пшеницы, является оптимальным, это ранг со значениями
водорастворимого гумуса >0,023%.
Оптимальные параметры свойств чернозема типичного для озимой
пшеницы по максимальному ее урожаю и по качеству зерна (содержанию
белка), определенные данным анализом в системе почва – растение, представлены в таблицах 9 и 10.
9. Оптимальные (по максимальному урожаю) для озимой пшеницы
параметры свойств чернозема типичного слабосмытого в слое 0-25 см
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Параметры
Продуктивная влага, мм
Плотность почвы, т/м3
Сумма водопрочных агрегатов, %
Общий гумус, %
Запасы гумуса, т/га
Водорастворимый гумус, %
Общий азот, %
Нитратный азот, мг/100 г почвы
Нитрификационная способность, мг/100 г почвы
Подвижные фосфаты, мг/100 г почвы
Подвижный калий, мг/100 г почвы
21
Значения
параметров
>25
1,12-1,20
>48,5
5,1-5,6
150-170
>0,023
>0,23
1,78-2,54
1,37-2,15
>12
25,2-31,2
Оценка связи между явлением и параметром проводится по коэффициенту эффективности передачи информации (К): <0,08 – слабая; 0,08-0,15
– средняя; 0,15-0,25 – тесная; >0,25 – очень тесная.
10. Оптимальные (по качеству зерна – содержанию белка) параметры
свойств чернозема типичного слабосмытого для озимой пшеницы
(в слое 0-25 см)
Значения
№
Параметры
параметров
1.
2.
3.
Водорастворимый гумус, %
Общий гумус, %
Общий азот, %
4.
Нитратный азот, мг/100 г почвы
0,017-0,020
5,1-5,6
0,29-0,31
1,7-2,1
Таким образом, на основании данной методики можно выявить оптимальные и критические параметры плодородия почв (Масютенко,
Юринская, 1989, 1990; Масютенко, 1986; Масютенко, Панкова, 2000; Панкова, Глазунов, 2006; Глазунов, 2003, 2009), выявить характер и направленность связи между характеристиками возделываемых культур и показателями плодородия почвы и количественного их оценить.
Глава 2. ТРАНСФОРМАЦИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ
ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ ПРИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
2.1. Теоретические аспекты связи состава органического вещества
почвы с его устойчивостью, трансформацией и
экологизацией земледелия
Главной функцией любой экосистемы являются процессы обмена
веществом, энергией, информацией между живыми организмами и окружающей средой, т.е. круговорот веществ, потоки энергии и информации.
А.С. Керженцев (1995) по предложению В.А. Ковды сформулировал главную экологическую функцию почвы. Она заключается в катаболизме или
диссимиляции сложных органических веществ отмершей биомассы на
простые минеральные элементы. Отсюда следует, что процесс трансформации органического вещества в почве отражает всю сложную систему
функционирования почвы как компонента экосистемы.
Экологизация земледелия связана с управлением функционированием агроэкосистемы, т.е. процессами анаболизма и катаболизма. Функцию
анаболизма или ассимиляции минеральных веществ для синтеза органиче22
ской биомассы в агроэкосистеме выполняют автотрофные организмы –
сельскохозяйственные растения, а катаболизма, как указано выше, почва.
А сущность функционирования почвы как компонента экосистемы составляет механизм трансформации органического вещества в ней.
Большой вклад в изучение органического вещества почвы внесли
отечественные ученые И.В. Тюрин (1937), М.М. Кононова (1951, 1963,
1965, 1972), Д.С. Орлов (1974, 1985, 1990, 1996, 1998), Л.Н. Александрова
(1953, 1970, 1980), С.А. Алиев (1964, 1980) и другие. Работами И.В. Тюрина (1940), М.М. Кононовой (1963) установлена изменчивость содержания и
состава гумуса в зависимости от типа почв. Выявлена связь гумусообразования с климатическими особенностями почвообразования и растительными формациями (Кононова, 1963; Зонн, 1964; Velasco, 1965). Как было показано исследованиями И.В. Тюрина (1940), М.М. Кононовой (1963), содержание и состав гумуса в почве определяется количеством и качеством
поступающего в почву опада и характером его разложения.
Основоположником современного учения о гумусообразовании является П.А. Костычев, который считал, что гумус (перегной) образуется в
процессе разложения растительных остатков микроорганизмами. Микробиологический процесс синтеза и накопления вторичных белков в составе
плазмы микроорганизмов, развивающихся в разлагающимся материале,
П.А. Костычев не отожествлял с процессом образования гумуса. Он подчеркивал, что перегнойные кислоты – это продукты разложения растительных остатков, а обогащение гумуса азотом обусловлено ресинтезом
микробной плазмы, входящей в состав гумуса.
Работы многих ученых посвящены исследованию гумусовых веществ черноземов и их трансформации в процессе сельскохозяйственного
использования (Тюрин, 1937; Кононова, 1968; 1972; Орлов, 1974; 1990;
Пономарева, Плотникова, 1980; Адерихин, 1964; Ахтырцев, 1987; Ахтырцев, Ефанова, 1998; Кирюшин, Лебедева, 1972, 1984; Самойлова, Сизов,
Яковченко, 1990; Когут, 1982, 1987, 1998; Лактионов, Корецкая, 1977; Наконечная, Явтушенко, 1989; Опенлендер, 1978, 1980; Щербаков, Шевченко, 1986, 1987 и др.).
С вопросами управления – антропогенного воздействия на систему
органического вещества почвы – тесно связана проблема его устойчивости.
Как отмечает Д.С. Орлов (1990), оценке относительной устойчивости разных групп органических соединений, входящих в состав почвы посвящено
сравнительно немного работ (Ваксман, 1937; Martin at al., 1982; Novak,
1987; Hahcher, Spiker, 1988; Тейт, 1991), хотя этот показатель исключительно важен при оценке пищевого режима, при прогнозе продолжительности влияния на почву и ее биоту загрязняющих почву органических веществ. С экологической точки зрения этот вопрос актуален и при разработке допустимых антропогенных нагрузок на почву.
23
Д.С. Орлов (1990) подразделяет все органические компоненты на две
большие группы: лабильные, легко трансформируемые и разлагаемые соединения, которые в значительной мере обусловливают динамику современных почвенных процессов и тесно связаны с жизнедеятельностью почвенных микроорганизмов; устойчивые вещества, накапливающиеся постепенно и часто в течение длительных периодов времени. Последние характеризуют историю развития почвы, ее генетическую принадлежность и
формируют наиболее устойчивые и даже консервативные признаки почв. К
этой группе относятся гуминовые кислоты и гумины. Высокая их устойчивость подтверждена при определении абсолютного возраста с помощью
14
С (Черкинский, 1985; Cherkinsky, 1986; Чичагова, Левитан, 1966; Ronzani,
1968; Scharpenseel, Ronzani, Pietig, 1968; Герасимов, Чичагова, 1971). Гуминовые кислоты придают почвам стабильность, своеобразную буферность, определенный биохимический фон.
Выявлено (Орлов, 1990), что возрастание устойчивости должно быть
при переходе от алифатических к ароматическим структурам, при образовании полимеров и поликондесатов, при наличии стерических затруднений
для действия ферментов, при адсорбции и комплексообразовании. Понятие
устойчивости органических соединений в почве усложнено, так как оно
должно базироваться не только на строении молекул, но и учитывать экологическую обстановку.
Проблема устойчивости почв на различных уровнях структурной организации рассматривалась А.Д. Фокиным (1995). Он предложил выделять
инертные и лабильные носители устойчивости почв и три формы устойчивости: структурно-статическую, функционально-динамическую и буферность. А.Д. Фокин вводит понятие потенциальной устойчивости природной системы, оценка которой не связывается с конкретными воздействиями, и в реализуемой (или актуальной) устойчивости, определяемой конкретными воздействиями. Под устойчивостью почвы, наземной экосистемы в условиях возмущающих воздействий понимается свойство в течение
длительного времени сохранять стабильную компонентную структуру и
устойчивое саморегулирующееся функционирование, проявляющееся в
устойчивости биохимических циклов и биопродуктивности как в количественном, так и в качественном смысле. Мерой устойчивости является отношение изменения свойств и функциональных параметров почв и экосистем к величинам воздействия.
Он отмечает, что и стабильная структура, и устойчивое функционирование поддерживаются благодаря наличию двух групп компонентов
почв и природных систем с амбивалентными свойствами: группа инертноустойчивых структур, составляющих по массе основную часть почв и выполняющих «скелетные», «каркасные» функции, и группа компонентов,
отличающихся исключительной лабильностью, обеспечивающих биопродуктивность, обновляемость атомно-молекулярного состава, в реализацию
24
биологических циклов, быструю ответную реакцию природных систем на
возмущающее воздействие извне.
Таким образом, А.Д. Фокин (1990) указывает, что устойчивость природных систем, обеспечиваемая двумя противоположными свойствами
компонентов, является функцией двух противоположных качеств:
- инертность, статистическая стабильность, обеспечивающая устойчивость «каркаса»;
- лабильность, динамичность, обеспечивающие устойчивое функционирование.
Лабильные компоненты в процессе функционирования не только
поддерживают и воспроизводят сами себя, но и предохраняют инертные
почвенные структуры от глубокой деструкции. Инертные структуры определяют пространственную организацию процессов, создают пространственную основу гетерогенности свойств и локализации процессов и, таким
образом являются материальными носителями результатов антиэнтропийной «работы» биоты. С этих позиций (Фокин, 1995) пространственное
упорядоченность и гетерогенность почвы и экосистем на всех уровнях
структурной организации являются необходимыми условиями их устойчивости. Наиболее объективным критерием отнесения отдельных структурных компонентов почв и природных систем к инертным или лабильным
могут стать кинетические параметры, характеризующие среднестатистическое время обновления состава соединения или структурной компоненты
почвы.
А.Д. Фокин (1995) пишет, что в группу инертных компонентов почвы целесообразно включить гумусовые и минерально-гумусовые соединения или фрагменты их молекул со «временем жизни» более 3·102 лет, а в
лабильные компоненты почвы – органические и органо-минеральные соединения со «временем жизни» менее 3·102 лет, биоту, вещества наземного
и корневого опада и т.п. Гумусовые вещества, особенно их стабильная
часть устойчивы к микробиологическим воздействиям, что объясняется их
крайне неупорядоченной молекулярной структурой, а это в свою очередь
обусловливает максимум энтропии данных соединений, постоянно увеличивающейся в процессе самопроизвольно происходящей гумификации
(Kleinhempel D. – Pedologia, 1971, Vol. 11. №5, p. 425-429).
Органическое вещество почвы можно представить в виде двух видов
концептуальных моделей. Первая модель (рис. 2) по Д. Шредеру (1978) с
дополнениями Л.А. Гришиной (1988) характеризуется тем, что органическое вещество почвы разделено на гумус (85%), растительные остатки
(10%) и почвенные (5%) флору и фауну.В составе гумуса выделяют гуминовые кислоты, фульвокислоты, нерастворимый остаток (гумин) и неспецифические вещества. Следует отметить, что данная модель представляет
соотношения между компонентами органического вещества почвы и груп25
пами гумусовых веществ, характерные для естественных почв, а не пахотных.
В почвах круговорот углерода происходит большей частью по пути
обновления лабильного гумуса. В черноземах контрастного водного режима взаимодействие органических остатков с минеральной массой, обогащенной вторичными минералами и карбонатами кальция и магния, близкая
к нейтральной реакции среда способствует стабилизации новообразованных гумусовых веществ и более эффективному использованию вносимого
углерода в биосинтетических процессах, связанных с трансформацией гумуса.
Подзол
2
1
3
Растите
льные
остатки
10%
Чернозем
Почвен
ная
флора и
фауна
5%
4
2
3
1
Гумус
85%
4
Рис.2. Средний состав органического вещества почвы
(по Д. Шредеру, 1978, с дополнениями Л.А. Гришиной, 1988)
В составе гумуса: 1- нерастворимый остаток (гумин); 2- неспецифические
вещества; 3 – фульвокислоты; 4 – гуминовые кислоты.
Растительные остатки и лабильный гумус образуют легкометаболизируемую фракцию почвенного органического вещества. Содержанием и
трансформацией этой фракции определяется уровень воспроизводства запасов существующей системы гумусовых кислот, активизация микробиологических процессов и образование большей части элементов питания,
необходимых для формирования биомассы растений.
Вторая модель органического вещества почвы (Коулман, Коул, Эллиопт, 1987) с выделением структурного, метаболического и активного
фондов, отличающихся высокой скоростью обновления, показана на рисунке 3.
Растительные остатки в этой модели представлены в структурной и
метаболической форме. Активный, медленно обновляющийся и пассивный
26
фонды органического вещества почвы различаются устойчивостью к деградации и периодами обновления (соответственно 3,30 и 200 лет). Различия в скоростях круговорота углерода гумусовых кислот согласуются с их
структурно химическим составом. Наименьшей интенсивностью обновления углерода отличаются гуминовые кислоты типичного чернозема, содержащие наибольшее количество ароматических и негидролизуемых
алифатических структурных фрагментов.
Содержание растительных остатков в почвах изучается, но, к сожалению, оно не рассматривается в системе органического вещества почв.
СО2
СО2
Структурный С
Метаболический С
Раститель
ные
остатки
Сток
С
СО2
СО2
СО2
Структурный N
(C:N = 80)
Обменный
N
(C:N = 5)
Активный(М)
N почвы
(C/N = 8)
Активный
С почвы
N
растительных
остатков
(И)
(М)
Минеральный
N
Медленно
обновляю- ( (М)
щийся
N почвы
(C/N = 10)
Медленно
обновляющийся C
почвы
Пассивный
С почвы
Источник
N
Сток N
Пассивный
N почвы
(C/N = 11)
Рис. 3. Модель органического вещества почвы (по Parton W.J., Anderson
D.W., Cole C.V. and Stewart J.W.B. 1983. Обозначения: М – минерализация,
И – иммобилизация)
Зауэрбек и Гонзалес (1976), Person (1983) выделяют 2 части органического вещества почвы: лабильную, которая представляет собой не полностью гумифицированные остатки, продукты метаболизма, новообразованные гумусовые вещества и составляет не более 1/3 всего запаса, стабильную – собственно гумусовые вещества.
27
J. Muller (1965) подразделяет гумус на питательный, в который входят все биологические легко разрушаемые органические гумусовые вещества (эти вещества являются самым важным источником питания почвенных микроорганизмов), и стойкий, в который входят гумусовые вещества,
трудно разлагаемые микроорганизмами. Значение стойкого гумуса прежде
всего определяется его влиянием на важные свойства почвенного плодородия.
М.А. Егоров (1938), А.М. Лыков (1979), Г.Я. Чесняк (1980), К.В.
Дьяконова (1981), М.М. Кононова (1984) в составе гумуса выделяют подвижные гумусовые вещества. (Они будут рассмотрены ниже). R. Hainonen
(1974), Н.Е. Freytag (1980), M. Korschens, J. Freytag (1982), Л.А. Травникова
(1984) выделяют по степени прочности связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы активный и инертный гумус. Freytag (1980) активный гумус подразделяет на трудно и легко разлагающийся, Л.А. Травникова (1984) – на потенциально-активный и собственно-активный.
К категории инертного гумуса (Травникова, 1984) относят ту его
часть, которая устойчива против биодеградации, благодаря прочному закреплению между частицами или внутри кристаллических решеток минералов. К категории активного гумуса относится остальная часть гумуса,
которая в той или иной мере доступна для биодеградации вследствие адсорбции на поверхности глинистых минералов или отсутствия связи с ними.
Трудноразлагаемый гумус или потенциально-активный, это гумус,
который в процессе гумификации внесенного в почву органического вещества становится меньше устойчивым против биологического разложения
благодаря менее прочному (по сравнению с инертным) закреплению с минеральными частицами вследствие его поверхностного поглощения (заключается он внутри макроструктурных агрегатов). Легкоразлагаемый или
собственно-активный гумус, это гумус не устойчивый против биологического воздействия, так как наименее прочно связан с глинистыми минералами и входят в состав поверхностных частей макроагрегатов.
Совокупность продуктов взаимодействия гумусовых веществ с минеральной фазой почв (Травникова, 1984) представляет собой динамическую систему, вследствие того, что она подвержена изменениям гидрологического, геохимического и других режимов почв, а также условий агротехники. Поэтому границы между различными категориями гумуса не могут быть жесткими – одна категория гумуса может переходить в другую.
Это в наибольшей степени относится к «потенциально-активному» и собственно-активному гумусу. Инертный гумус, хотя и значительно медленнее первых двух, по-видимому, обновляется, однако его количество в целом сохраняется на определенном уровне.
Все процессы в почве, способствующие ее дезагрегированию, будут
способствовать также переводу части потенциально-активного гумуса в
28
собственно-активный и наоборот, процессы, обуславливающие лучшее
структурное состояние почвы – переводу части активного гумуса в потенциально-активный.
Подвижные гумусовые (Егоров, 1938; Дьяконова, 1981) кислоты –
это наиболее молодые формы гумусовых веществ, которые непрочно связаны с минеральной частью почвы, имеют в своем составе повышенное содержание N (C:N <12), поэтому способны относительно быстро трансформироваться и освобождать азот для растений.
Б.М. Когутом (1996) убедительно доказано, что в системе гумусовых
веществ черноземов наиболее трансформируемой фракцией являются лабильные гумусовые вещества, извлекаемые из почвы непосредственно
0,1 Н раствором NaOH.
Д.С. Орлов (1980), Р.Л. Тейт (1991), В.И. Кирюшин (1996), А.Д. Фокин (1995) считают, что с агрономической точки зрения наиболее целесообразно все органические соединения почвы разделить на две большие
группы: группу консервативных устойчивых веществ и группу лабильных
соединений.
В.Г. Мамонтов, Л.П. Родионова и др. (2000) относят к лабильному
органическому веществу почвы легкоразлагаемое органическое вещество
(Ганжара, 1987), выделяемое тяжелой жидкостью (NaJ) и подвижное органическое вещество, экстрагируемое из почвы 0,1 н. NaOH. Они считают,
что легкоразлагаемое органическое вещество включает растительный опад,
детрит, органические удобрения и остатки животных и микрофлоры. А
подвижное органическое вещество состоит из новообразованных гумусовых веществ, прогуминовых веществ, неспецифических органических веществ, корневых выделений, продуктов автолиза и метаболизма биоты и
гумусовых кислот, непрочно связанных с минеральными компонентами.
Следует отметить, что большинство составляющих групп веществ
несмотря на реальность существования практически не изучены или изучены недостаточно и остаются за рамками исследований органического
вещества почвы, что связано в основном с методическими трудностями,
которые возникают при решении этой проблемы. На это указывают
В.Г. Мамонтов, Л.П. Родионов и др. (2000).
В.Г. Мамонтов, Л.П. Родионова, Ф.Ф. Быковский и Абубакар Сирадж отмечают (2000), что «функции лабильного органического вещества
в полном объеме еще окончательно не уставлены. С известной долей условности можно выделить следующие из них: продукционную, агрофизическую, биоэкологическую, защитную и физиологическую». Они подчеркивают, что необходимо дальнейшее совершенствование классификации и
методов его изучения, раскрытие агроэкологических функций.
Нами (1992, 1998, 2000) предложено в составе лабильной части органического вещества почвы выделять лабильные гумусовые вещества, негумифицированное органическое вещество, микробную биомассу, разли29
чающиеся по степени связи с минеральной частью почвы и по скорости
разложения. Их можно определять существующими методами. Подробнее
этот вопрос освещен в разделе 2.2.
Именно лабильная часть органического вещества почвы участвует в
круговороте веществ и потоках энергии, является источником легкодоступного питания и энергии для почвенной флоры и фауна, высших растений, оказывает влияние на гидротермический, воздушный, окислительновосстановительный режимы, буферность почвы и т.д., урожай и продуктивность сельскохозяйственных культур и поддается управлению со стороны человека. Экологизация земледелия тесно связана с научно обоснованным управлением трансформацией органического вещества почвы. Для
этого необходимо изучение управляющих воздействий (севооборотов,
удобрений, обработок почвы и т. д.) и абиотических экологических факторов на нее (см. разделы 3.4.-3.7).
С экологической точки зрения для сохранения природных ресурсов
очень важна проблема устойчивости органического вещества почвы, а следовательно и изучение его стабильной части наряду с лабильной.
2.2. Особенности многокомпонентной системы органического
вещества черноземов
Нами, в отличие от имеющихся подходов, в лабильной части органического вещества почвы предлагается выделять лабильные гумусовые вещества, микробную биомассу и негумифицированное органическое вещество. Тогда органическое вещество почвы рассматривается как многокомпонентная система (рис. 4, 5), состоящая из:
1) лабильных гумусовых веществ (лабильные гуминовые кислоты и
лабильные фульвокислоты) – инертного гумуса (в данном случае условно
инертного, т.к. в него входят и потенциально-лабильные гумусовые вещества) – негумифицированного органического вещества (модель 1);
2) лабильных гумусовых веществ – микробной биомассы – инертного гумуса – негумифицированного органического вещества (модель 2).
Между всеми компонентами системы существуют взаимосвязи
(рис. 4).
В системе гумусовых веществ черноземов наиболее трансформируемой фракцией являются лабильные гумусовые вещества, извлекаемые 0,1 н
раствором NаОН из свежей почвы или почвы, подвергнувшейся 7 –
дневному компостированию в термостате при оптимальных влажности и
температуре почвы (60% от общей влагоемкости почвы и + 26-28˚С).
К ним относятся молодые формы гумуса, непрочно связанные с минеральной частью почвы и обогащенные азотом. Молодые формы гумуса,
которые непрочно связаны с минеральной частью почвы, содержат повышенное количество азота (С:N не более 12) и способны относительно быстро трансформироваться и освобождать азот для растений.
30
Наиболее активной фракцией органического вещества почв является
негумифицированное органическое вещество. К негумифицированному
органическому веществу относятся растительные остатки, находящиеся в
почве и не утратившие своего анатомического строения.
1
2
ИГ
ИГ
ЛГК
ЛГК
ЛФК
ЛФК
НВ
МБ
НВ
Рис. 4. Концептуальные модели органического вещества почвы
(ИГ – инертный гумус, ЛГК – лабильные гуминовые кислоты, ЛФК – лабильные фульвокислоты, МБ – микробная биомасса, НВ - негумифицированное органическое вещество. 1 – первая модель; 2 – вторая модель).
Инертный гумус определяется по разности между содержанием в
почве общего гумуса и лабильных гумусовых веществ. При этом способе
определяется условно инертный гумус, так как в него входят и потенциально-лабильные гумусовые вещества. Нами была предпринята попытка
определения потенциально-лабильных гумусовых веществ. Для этого необходимы многолетние (не менее 1 ротации севооборота) наблюдения за
содержанием в почве лабильных гумусовых веществ и общего гумуса. За
величину инертного гумуса принималась минимальная разность между содержанием в почве гумуса и лабильных гумусовых веществ. По разнице
между содержанием условно инертного гумуса и инертного гумуса можно
найти величину потенциально-лабильных гумусовых веществ. Эта величина изменчива во времени.
Исследования показали, что лабильные и потенциально-лабильные
гумусовые вещества в черноземах типичных слабосмытых на пашне составляют 8-20% от собственно гумусовых веществ, а на залежи 19-28%.
Причем на пашне 3-9% составляют лабильные и 5-11% потенциально31
лабильные гумусовые вещества, а на залежи, соответственно, 8-13% и 1116%, т.е. отмечена тенденция к большему содержанию в составе гумусовых веществ потенциально-лабильных гумусовых веществ, чем лабильных
(Володин, Масютенко, Юринская, 1988).
Вероятно, что микробная биомасса является частью лабильных гумусовых веществ. При современных методиках определения органический
углерод (или общий гумус) включает в себя и углерод микробной биомассы, т.е. учитывается живая субстанция. Поскольку микробная биомасса является одним из главных компонентов активной фракции органического
вещества, существенным резервуаром питательных веществ и одновременно выполняет посредническую функцию в трансформациях важнейших
элементов питания растений, обладает высокой энергоемкостью, ее необходимо рассматривать и учитывать как составляющую органического вещества почвы.
Лабильные гумусовые вещества, инертный гумус и негумифицированное органическое вещество различаются по скорости разложения,
строению, по своей природе, по степени связи с минеральной частью почвы, по устойчивости к биодеградации.
В почвах круговорот углерода происходит большей частью по пути
обновления лабильного гумуса (лабильного гумусового вещества). Растительные остатки и лабильные гумусовые вещества образуют легкометаболизируемую фракцию почвенного органического вещества. По данным
Ф.Я. Багаутдинова (1994), период обновления подвижных гумусовых веществ чернозема типичного составляет 180±14 лет, общего гумуса –
450±20 лет, стабильного (или инертного) на 30-40 лет больше. Пожнивнокорневые остатки в течение одного года минерализуются на 65-75%, через
3 года – на 80-86%, через 5-6 лет – на 82-87%. Таким образом, скорость
обновления лабильного в 2,5 раза выше, чем гумуса.
Развитие микробного ценоза зависит от поступления субстрата и показывает черты инактивированной популяции: она имеет большое время
круговорота (~1,5 года) и очень медленную скорость дыхания, ей свойственно высокое содержание АТФ (Brookes, Jorgenwen, Jenkinson, 1990). Однако скорости круговорота биомассы, разрушающейся при +25˚ и 15˚С гораздо большее – соответственно 62 и 139 дней, т.е. оборачиваемость ее в
летнее время достаточно высока, 4-5 поколений.
На целине в слое 0-25 см чернозема типичного мощного тучного
среднесуглинистого содержится гумуса 9,24%, а органического вещества –
9,84 % (табл.11). В составе органического вещества чернозема типичного
мощного среднесуглинистого (в слое 0-25 см) инертный гумус составляет
68-72%, лабильные гумусовые вещества 10-18%, негумифицированное органическое вещество 10-16% (рис.5). В составе лабильного гумуса преобладают фульвокислоты (Слгк:Слфк=0,55-0,66).
32
В черноземе типичном мощном среднегумусном среднесуглинистом
на пашне в слое 0-25 см уровень содержания собственно гумусовых веществ, негумифицированного органического вещества, лабильных гумусовых веществ ниже, чем на целине, соответственно на 25-52%, в 2-24 раза,
на 33-50% в зависимости от степени эродированности почв и местоположения их в рельефе.
1
Целина
П
- ИГ;
2
а
- ЛГК;
ш
- ЛФК;
3
н
я
- НВ,
(от общего содержания органического вещества в почве по углероду)
Рис. 5. Изменение состава органического вещества чернозема типичного в зависимости от использования и степени эродированности в
слое 0-25 см (1 – неэродированный; 2 – слабоэродированный; 3 – сильноэродированный)
Качественный состав лабильных гумусовых веществ в пахотных
черноземах ухудшается: соотношения С ЛГК:СЛФК уменьшаются на 20-26%,
степень гумификации на 16-19%. В черноземе типичном мощном среднегумусном среднесуглинистом на пашне в слое 0-25 см уровень содержания
собственно гумусовых веществ, негумифицированного органического вещества, лабильных гумусовых веществ ниже, чем на целине, соответственно на 25-52%, в 2-24 раза, на 33-50% в зависимости от степени эродированности почв и местоположения их в рельефе. Следует отметить особенно
резкое снижение в черноземных почвах на пашне негумифицированного
органического вещества (в 2-24 раза). Это связано с меньшим поступлением растительных остатков в почву из-за их отчуждения с основной и побочной продукцией, а также с усилением процессов их разложения при
увеличении аэрации почвы, вызванным частыми и глубокими обработками
ее сельскохозяйственной техникой.
Наряду со снижением на пашне в черноземах уровня и запасов всех
компонентов органического вещества изменяются и соотношения между
33
ними (рис. 6). Лабильные гумусовые вещества в пахотных горизонтах чернозема типичного составляют 8-16%, а негумифицированное органическое
вещество 0,5-8,0% от общего содержания органического вещества в зависимости от экспозиции склона, подтипа почвы и степени ее эродированности, что, соответственно, в 1,2-2,7 раза и 1,4-16,0 раз ниже, чем на целине.
ЛГК
ЛФК 4,3%
НВ 10,6%
1,4%
ЛГК
ЛФК 4,8%
8,8%
НВ
5,2%
ИГ
83,7%
ИГ
81,2%
а
б
ЛФК
8,8%
ЛГК МБ
4,8% 2,1%
НВ
5,2%
ИГ
79,1%
в
- инертный гумус (ИГ);
- лабильные гуминовые кислоты;
- негумифицированное органичесекое вещество (НВ);
- лабильные фульвокислоты;
- микробная биомасса
Рис. 6. Состав органического вещества чернозема типичного среднемощного среднесуглинистого под озимой пшеницей
(1 модель – а, б; 2 модель – в; а, в – в слое 0-25 см; б – в слое 25-50 см)
34
11. Состав органического вещества чернозема типичного (ОВ) в
зависимости от использования и степени эродированности
(в слое 0-25 см)
Угодье, почвы
Степень
эродированности
Гу- ЛГВ ЛГК ЛФК НВ
мус,
%
С мг/кг почвы
Целина, чернозем
типичный сверхмощный
несмытая
высокогумусный среднесуглинистый
9,24 5840 2150
3690 6000
несмытый
5,65 3926 1230
2695 1367
слабосмытый
4,95 3416 1040
2276 1196
среднесмытый
4,44 2862
1998
Пашня, чернозем
типичный мощный
среднегумусный
среднесуглинистый
864
795
ЛГВ – лабильные гумусовые вещества;
ЛГК – лабильные гуминовые кислоты;
ЛФК – лабильные фульвокислоты;
НВ – негумифицированное органическое вещество.
Распределение содержания компонентов и групп органического вещества в черноземе типичном можно рассматривать как нормальное, отличия от него незначимы. Наименьшим варьированием (табл.12) отличается
содержание гумуса в пахотных черноземах, оно изменяется от 1,4 до 3,9%,
в среднем 2,4%. С глубиной (табл. 49) изменчивость содержание гумуса в
черноземе увеличивается до 6,4-13,4%, что обусловлено неравномерным
распределением гумуса в данных горизонтах (АВ). При морфологическом
описании разреза на этих глубинах отмечены затеки гумуса, языковатость
и т.п.
12. Статистические характеристики содержания гумуса в черноземе
типичном мощном среднесуглинистом (n=16)
Среднее
Ошибка
КоэффиГлубина,
Горизонт
арифмети- Дисперсия среднего,
циент васм
ческое, %
%
риации, %
1
2
3
4
5
6
0-10
5,99
0,174
0,04
2,90
АПАХ
10-20
5,86
0,082
0,02
1,40
20-30
5,81
0,083
0,02
1,42
35
1
А
АВК
ВК
2
3
4
5
6
30-40
5,22
0,133
0,03
2,54
40-50
4,53
0,146
0,04
3,22
50-60
4,08
0,100
0,02
2,45
60-70
3,97
0,349
0,09
10,06
70-80
3,18
0,239
0,06
7,52
80-90
2,72
0,363
0,09
13,34
90-100
2,43
0,222
0,06
9,14
Наибольшая изменчивость в пространстве в черноземных почвах отмечена у негумифицированного органического вещества, коэффициенты
вариации составляют 15-35%. Коэффициенты вариации содержания лабильных гумусовых веществ в пахотном слое исследуемых почв изменяется от 5,2% до 18,6%, лабильных гуминовых кислот – от 8,4% до 26,2% в
зависимости от местоположения в рельефе и глубины. Изменчивость содержания лабильных гумусовых веществ и лабильных гуминовых кислот в
пространстве выше на склоне южной экспозиции (табл. 13).
Углерод микробной биомассы в составе органического вещества
чернозема типичного в слое 0-20 см составляет 2,0-2,2% (рис. 6), коэффициенты вариации его в почве колеблются от 2,5% до 16,5%.
Предложенный подход к выделению компонентов системы органического вещества почвы наиболее актуален с агрономических позиций.
13. Коэффициенты вариации (%) содержания лабильных гумусовых
веществ и лабильных гуминовых кислот в черноземе типичном в
зависимости от местоположения в рельефе
Лабильные гумусовые вещества
Лабильные гуминовые кислоты
Глусклон
склон
склон
склон
водоразводоразбина,
северной южной
северной южной
дельное
дельное
см
экспози- экспозиэкспози- экспозиплато
плато
ции
ции
ции
ции
0-10
5,2-11,8
9,3-12,1 9,6-17,6
14,5-24,5
8,4-17,6 19,6-24,8
10-20
5,8-14,2
5,1-12,4 5,7-18,6
9,3-26,1
8,6-20,8 18,5-26,2
Лабильные гумусовые вещества, НВ и микробная биомасса играют
важную роль в питании сельскохозяйственных культур, для их продуктивности, а также в формировании агрофизического, агрохимического и биологического состояния почвы. Кроме того, негумифицированное органическое вещество почвы является ближайшим резервом для образования гу36
мусовых веществ и поддержания их динамического равновесного состояния и гарантом устойчивости к деградации.
Таким образом, установлены особенности состава многокомпонентной системы органического вещества черноземов. Показано, что сельскохозяйственное использование приводит к снижению в черноземах типичных мощных уровня содержания и запасов органического вещества, гумуса, лабильной части, а также изменяются соотношения между его компонентами.
2.3. Устойчивость органического вещества почвы
Понятие "устойчивости" в природе относительно. Более общим понятием является "изменчивость", представляющее всякое движение и
взаимодействие, переход из одного состояния в другое. Устойчивость же
представляет изменчивость в пределах определенной области. Под устойчивостью органического вещества почвы понимается способность его многокомпонентной системы поддерживать структуру и стабильное функционирование в относительно неизменном состоянии (в определенных пределах изменчивости) в условиях возмущающих внешних воздействий.
Управляемыми возмущающимися внешними воздействиями для органического вещества пахотных почв являются агрогенные факторы: севообороты, система удобрений, обработка почвы т.п.
Исходя из положений Д.С. Орлова (1990) и А.Д. Фокина (1995) о наличии двух групп компонентов почвы, обладающих противоположными
свойствами и обеспечивающими ее устойчивость, и представлений об органическом веществе почвы как открытой системе, состоящей из инертного гумуса, лабильных гумусовых веществ, негумифицированного органического вещества, следует, что каждый ее компонент, относясь либо к
инертно-устойчивым структурам, либо к лабильным составляющим, играет
определенную роль в устойчивости его структуры и функционировании.
Инертно-устойчивым компонентом системы является инертный гумус, а лабильными – лабильные гумусовые вещества и негумифицированное органическое вещество. Инертный гумус обеспечивает (Фокин, 1995)
устойчивость "каркаса" системы, пространственную организацию процессов, идущих в органическом веществе, создает пространственную основу
гетерогенности свойств и локализации процессов. Он относится к трудноуправляемым компонентам органического вещества почвы.
Лабильные гумусовые вещества как наиболее трансформируемая и
обогащенная азотом часть гумусовых веществ, с одной стороны, являются
ближайшим источником энергии, аккумулированной в гумусовых веществах, и питательных элементов для растений, микроорганизмов и, разлагаясь, предохраняют инертный гумус от глубокой деструкции. С другой стороны, они активно откликаются на внешние воздействия, являются более
управляемые и восстанавливаемые.
37
В обеспечении устойчивости собственно гумусовых веществ важную
роль играет негумифицированное органическое вещество. Оно выполняет
две основные функции, это: 1) защитную, то есть оберегает от разложения
и минерализации гумусовые вещества, являясь источником питательных
веществ и энергии для живых организмов, находящихся в почве; 2) гумусовоспроизводительную, так как участвует в почве в процессах гумификации. Негумифицированное органическое вещество является управляемым
компонентом рассматриваемой системы.
По-видимому, соотношения между инертным гумусом и лабильными
гумусовыми веществами, между лабильными гумусовыми веществами и
негумифицированным органическим веществом, между собственно гумусовыми веществами и негумифицированным органическим веществом могут быть показателями устойчивости органического вещества почвы.
Система органического вещества, сформировавшаяся в целинной
почве, является саморегулирующейся и устойчивой в данных динамически
равновесных условиях. Рассмотрим соотношения между ее компонентами
(табл.14). Органическое вещество чернозема типичного мощного тяжелосуглинистого на целине на 68-74% состоит из инертно-устойчивого компонента (инертного гумуса) и на 26-32% из лабильной части (лабильных
гумусовых веществ и негумифицированного органического вещества). В
составе собственно гумусовых веществ лабильные гумусовые вещества составляют 11-17%, а инертный гумус – 83-89%. Лабильная часть органического вещества почвы на 55-57% представлена лабильными гумусовыми
веществами и на 43-45% негумифицированным органическим веществом.
По-видимому, постоянство и высокая интенсивность притока энергии и вещества в целинную почву (органическое вещество почвы является
диссипативной системой), а также установившиеся соотношения между
компонентами органического вещества в ней обеспечивают высокий уровень содержания гумуса, стабильную структуру и функционирование системы органического вещества почвы.
14. Соотношения между компонентами органического вещества
чернозема типичного мощного в ЦЧГБЗ им. В.В. Алехина
(в слое 0-25 см)
Лабильная часть
ОВ
ИГ
ЛГВ
НВ
ЛГК
ЛФК
Гумус,
ЛГВ
НВ
%
в % от лабильной
в % от ОВ почвы
в % от ЛГВ
части ОВ
8,4-11,2
68-74
10-18
10-16
55-57
38
43-45
35-39
61-65
При вовлечении чернозема типичного мощного в сельскохозяйственное производство в связи с тем, что в агроэкосистемах большая часть
продуцируемой органической массы отчуждается с поля (с основной и побочной продукцией) и возделываются экономически необходимые, но оставляющие мало пожнивно-корневых остатков и требующие интенсивной
обработки почвы пропашные, технические и овощные культуры, в почву
поступает меньшее количество органического вещества. Обработка почвы
усиливает ее аэрацию и процессы минерализации негумифицированного
органического вещества и собственно гумусовых веществ.
Снижение притока вещества и энергии в виде органического вещества в почву, усиление его минерализации при сельскохозяйственном использовании вызывают в черноземе типичном наряду с уменьшением запасов гумуса изменение соотношений между инертным и лабильным гумусом, между содержанием гумуса и негумифицированного органического
вещества, а также между лабильными гумусовыми веществами и негумифицированным органическим веществом, определяющих устойчивость органического вещества почвы к деградации.
Причем в целинных почвах в составе собственно гумусовых веществ
доля лабильных гумусовых веществ (табл. 14,15,17) не только выше, но и
более стабильна (интервал изменений уже), чем в пахотных. В пахотных
почвах резко снижается в составе органического вещества почвы доля негумифицированного органического вещества (в 1,4-1,6 раза по сравнению
с пахотными). Кроме этого, изменяются и соотношения между лабильными компонентами органического вещества почвы (ЛГВ и НВ). Если в целинном черноземе типичном лабильные гумусовые вещества составляют
55-57% от лабильной части органического вещества, то в пахотных – 6095%. Поэтому негумифицированное органическое вещество не может эффективно выполнять свои защитные и гумусовоспроизводительные функции и устойчивость органического вещества черноземов падает.
При неизменной системе земледелия (севообороте, системах удобрений и обработки почвы) со временем устанавливается новое стационарное
состояние агроэкосистемы, формируется новая система органического вещества почвы, характеризующаяся определенным уровнем, соотношениями инертного гумуса и лабильных гумусовых веществ, а также собственно
гумусовых веществ и негумифицированного органического вещества. Новая система органического вещества почвы определяется количеством и
качеством поступающих в нее (почву) органических веществ, интенсивностью их гумификации и минерализации.
Для повышения устойчивости органического вещества пахотного
чернозема типичного следует стремиться к значениям соотношений его
компонентов в целинной почве (табл. 14). На основе этих отношений можно рассчитать требуемое оптимальное содержание негумифицированного
39
органического вещества, обеспечивающее устойчивость собственно гумусовых веществ по формуле 1.
Г · НВЦ
НВТ =
(1)
ГЦ
где
НВТ – требуемое оптимальное содержание негумифицированного
органического вещества в почве, в % от органического вещества почвы;
Г – содержание гумуса в пахотной почве, %;
НВЦ – количество негумифицированного органического вещества в
целинной почве, участвующего в процессах разложения и
гумификации, % от ОВ;
ГЦ – содержание гумуса в целинной почве, %.
При определении НВЦ необходимо учитывать, что в целинных почвах, в отличие от пахотных, в процессах разложения и гумификации могут
участвовать только третья часть (Афанасьева, 1956; Семенова, 1966) негумифицированного органического вещества и корневые выделения, которые составляют 10% от общей массы корней (Самцевич, 1968; Иванов,
1973 и др.). Поэтому НВЦ (%) рассчитывают по формуле (92).
43 · НВОЦ
НВЦ =
(2)
100-0,43·НВОЦ
где
НВОЦ – общее содержание негумифицированного органического
вещества почвы на целине, в % от ОВ.
Отсюда соотношение НВЦ / ГЦ для чернозема типичного (по данным
таблицы 14) будет равно 0,53-0,66, в среднем 0,6, то есть для пахотных
черноземов типичных требуемое оптимальное содержание негумифицированного органического вещества можно определять по формуле:
НВТ = 0,6 · Г
(3)
При содержании гумуса в почве 5,5% система органического вещества чернозема типичного будет устойчива, когда негумифицированное
органическое вещество будет составлять в ней 3,3%, а гумус - 96,7%.
Требуемое оптимальное содержание негумифицированного органического вещества для чернозема типичного разной степени смытости представлено в таблице 15. Так как НВТ непосредственно количественно связано с Г, оно уменьшается с увеличением степени смытости почвы.
Если принять требующийся оптимальный уровень негумифицированного органического вещества в почве за 100%, то можно рассчитывать
показатель устойчивости органического вещества почвы по формуле 4.
НВ ·100
УОВ =
(4)
НВТ
где УОВ – показатель устойчивости органического вещества почвы, %.
НВ – содержание негумифицированного органического вещества в почве, в % от органического вещества почвы,
40
НВТ – требуемое оптимальное содержание негумифицированного органического вещества в почве, в % от ОВ.
Показатель устойчивости органического вещества для почв на лугу,
залежи, под многолетними бобовыми травами, где условия и количество
поступления разложения и гумификации растительных остатков приближаются к целинным, определяют по формуле 5.
Гц·НВ ·100
НВл =
(5)
Г·НВоц
где НВЛ – содержание негумифицированного органического вещества в
почве на лугу и залежи, которое может участвовать в процессах
разложения и гумификации, в % от ОВ.
15. Показатели устойчивости органического вещества чернозема
типичного на пашне в зависимости от степени эродированности
в слое 0-25 см
СтеЛабильная
пень
часть ОВ
ИГ
ЛГВ
НВ
ЛГК
ЛФК
эроЛГВ НВ
диро Гумус,
НВТ
ван%
в % от
носв % от ОВ почвы
лабильной
в % от ЛГВ
ти
части ОВ
I
5,2-6,5
82-86
8-16
2-8
60-65
35-40
31-35
65-69
3,1-3,9
II
4,8-5,2
80-85
6-13
2-6
65-67
32-35
31-35
65-69
2,9-3,6
III
4,0-4,4
89-92
4-10
1-4
71-80
20-29
28-32
68-72
2,4-2,9
Примечание: I – неэродированная, II – слабоэродировнная, III – среднесмытая почва. НВТ - требуемое оптимальное содержание негумифицированного органического вещества в почве, в % от органического вещества
почвы.
Так как в процессах разложения и гумификации в почве могут участвовать в лесу и лесополосе шестая часть (Афанасьева, 1956) негумифицированного органического вещества и корневые выделения (10% от массы
корней), при расчете УОВ почвы в них необходимо определять НВ следующим образом:
27 *НВОЛП
=
(6)
НВЛП
100 - 0,27 * НВОЛП
41
где НВЛП – содержание негумифицированного органического вещества в
почве под лесополосой и лесом, которое может участвовать в
процессах разложения и гумификации, в % от ОВ;
НВОЛП – содержание негумифицированного органического вещества в
почве под лесополосой и лесом, в % от ОВ.
При УОВ = 100% содержание негумифицированного органического
вещества в почве соответствует требуемому оптимальному уровню, система органического вещества почвы устойчива, при соотношении в растительных остатках C:N = 32±4 (или при внесении необходимого количества
азотных удобрений для этого) осуществляется гумусовоспроизводительная
функция НВ.
При УОВ < 100% устойчивость органического вещества снижена,
нарушена гумусовоспроизводительная функция НВ.
При УОВ > 100% устойчивость органического вещества почвы высокая, соответствует расширенному воспроизводству гумусовых веществ в
почве при соотношении в негумифицированном органическом веществе
C:N=32±4.
Предлагается следующая шкала (табл.16) оценки устойчивости органического вещества почвы.
Органическое вещество в зависимости от содержания в нем негумифицированного органического вещества может характеризоваться разной
степенью устойчивости (табл. 15,17) в зависимости от вида сельскохозяйственного использования. В черноземе типичном на залежи и лугу оно отличается очень высокой и высокой устойчивостью, а на пашне в агроэкосистеме зернопаропропашного севооборота – слабой устойчивостью.
Очень слабая устойчивость органического вещества почвы наблюдается на
пару (УОВ = 27%). Оптимальной устойчивостью (УОВ = 106%) обладает
органическое вещество чернозема типичного в агроэкосистеме зернотравяного севооборота под клевером.
16. Шкала степени оценки устойчивости органического вещества
почвы
УОВ, %
Степень устойчивости органического вещества почвы
очень слабая
слабая
средняя
оптимальная
высокая
очень высокая
<30
31-60
61-90
91-110
111-140
>141
Развитие эрозионных процессов приводит к смыву верхнего наиболее плодородного слоя почвы. При водной эрозии выносятся из почвы
42
17. Соотношения инертно-устойчивых и лабильных компонентов органического вещества чернозема
типичного в зависимости от сельскохозяйственного использования и степень его устойчивости
(в слое 0-25 см)
ИГ
ЛГВ
НВ
ЛГВ
НВ
Степень
устойСтепень
Гумус,
УОВ,
в % от лаУгодье
в % от содержания ОВ в
чивости
эродированности
%
%
бильной частпочве
ности ОВ
Пашня, зернопаропроочень
4,98
86,5
12,7
0,8
94
6
27
пашной севооборот, пар
слабая
Пашня, зернотравяной
опти5,27
79,4
14,4
6,2
70
30
106
севооборот, клевер
мальная
СлабоПашня, северная
эродированная
4,95
84,9
13,5
1,6
89
11
53
слабая
экспозиция
14 лет
5,34
74,4
15,1
10,5
59
41
126
высокая
Залежь,
северная
очень
24
года
6,22
84,2
14,8
5,6
72
28
150
экспозиция
высокая
Пашня,
4,65
86,2
12,6
1,2
91
8
43
слабая
северная экспозиция
СреднеЛуг, северная экспозиция
6,02
73,5
14,6
11,9
55
45
127
высокая
эродированная
Пашня,
4,35
89,7
9,0
1,3
87
13
50
слабая
южная экспозиция
Луг, южная экспозиция
5,68
75,0
12,8
12,2
51
49
138
высокая
43
илистые частицы, обогащенные гумусовыми веществами. Содержание гумуса в
таких почвах снижается, они становятся менее плодородными (табл.15). Урожаи сельскохозяйственных культур падают, и снижается поступление в почву
пожнивно-корневых остатков. Нарушаются в системе органического вещества
почвы соотношения (сравнить табл. 14 и 15) между содержанием гумуса и негумифицированного органического вещества, а также между инертным гумусом и лабильными гумусовыми веществами. В органическом веществе эродированных почв уменьшается доля лабильной части, а в ее составе – содержание
негумифицированного органического вещества (в 1,75-2,00 раза по сравнению с
неэродированными). Это снижает устойчивость органического вещества почвы.
Применение (табл. 17) зернотравяных севооборотов на эродированных почвах и
лугомелиорация сильно- и среднеэродированных земель, а также отвод их под
залежь способствуют увеличению содержания в почве негумифицированного
органического вещества, лабильных гумусовых веществ, собственно гумусовых
веществ и изменению их соотношений в сторону увеличения лабильных компонентов, особенно негумифицированного органического вещества.
Следует подчеркнуть, что соотношения между инертным гумусом и лабильными гумусовыми веществами, между гумусом и негумифицированным
органическим веществом, между лабильными гумусовыми веществами и негумифицированным органическим веществом при этом приближаются к целинным почвам.
Известно, что падение содержания гумусовых веществ в почве (отрицательный баланс гумуса) отмечается под пропашными, техническими, овощными, зерновыми, крупяными (при высоких урожаях) культурами без внесения
или с внесением недостаточного количества органических удобрений. Это объясняется недостаточным поступлением органического вещества в почву и усилением процессов минерализации за счет интенсификации обработки почвы,
особенно под тремя первыми.
В то же время, зерновые культуры (Russel, 1977) оставляют пожнивнокорневых остатков в 1,2-2,2 раза больше, чем пропашные, технические и овощные, однако и при их возделывании отмечается дегумификация почвы. Это, вероятно, связано с качественным составом растительных остатков и небольшим
содержанием в них азота (соотношение С:N в соломе и корнях в зерновых
очень широкое – 80:1), что приводит к снижению процесса их гумификации,
усилению минерализации гумусовых веществ.
Оптимальным соотношением С:N (при 25% эффективности превращения
углерода и 100% эффективности превращения азота) для гумификации растительных остатков является 32±4 (Томпсон, Троу, 1982). Дефицит азота в поступающих остатках приводит к угнетению их гумусовоспроизводительной функции.
Следует отметить, что регулировать качественный состав растительных
остатков труднее, чем соотношение С:N.При возделывании зернобобовых культур в почве складывается бездефицитный баланс гумуса, хотя пожнивнокорневых остатков они оставляют меньше, чем зерновые, но в их составе боль44
ше белка, углеводов, жиров и меньше лигнина, а соотношение С:N в них близко
к оптимальному, и их гумификация происходит более эффективно.И наконец,
под многолетними бобовыми травами, оставляющими большое количество растительных остатков, обогащенных белком, углеводами, азотом (С:N<25) отмечается увеличение содержания гумуса.
Непременными условиями обеспечения гумусовоспроизводительной
функции негумифицированного органического вещества в почве являются ежегодный приток в нее свежего органического вещества в количестве равного
требуемому оптимальному и соотношение в нем С:N = 32±4. Для выполнения
этих условий в пахотных почвах требуется внесение растительных остатков в
виде соломы, ботвы и т.п., а также дополнительное количество азота, обеспечивающее оптимальное соотношение С:N, в форме минеральных удобрений, навозной жижи, запашки бобовых промежуточных или пожнивных культур или
навоза, компоста и т.п. (органические удобрения, содержащие растительные остатки). Введение в севооборот и запашка бобовых промежуточных и пожнивных культур способствует улучшению качественного состава поступающих в
почву растительных остатков и повышению эффективности их гумификации.
Для обеспечения же расширенного воспроизводства гумусовых веществ в
почве необходим дополнительный приток вещества и энергии в виде органических удобрений, в том числе и в виде растительных остатков с азотными минеральными удобрениями, но в превышающем требуемое оптимальное содержание НВ, расчеты которых приведены в разделе 3.2.1, и минеральных.
Рассмотрим изменение системы органического вещества чернозема типичного в зернопаропропашном и зернотравяном севооборотах (рис.7,8). Нами
установлено пульсирование" системы органического вещества в черноземе типичном за ротацию севооборота. При этом изменяется и уровень содержания в
почве различных категорий органического вещества, так и их соотношение, то
есть структурная организация. Это "пульсирование" связано с различными
культурами, возделываемыми в севообороте (в том числе и чистым паром) и с
внесением органических удобрений.
Под каждой сельскохозяйственной культурой и в чистом пару отмечено
специфическое соотношение между компонентами органического вещества
почвы и уровень его содержания. Под ячменем в агроэкосистеме зернопаропропашного севооборота лабильная часть органического вещества почвы составляет 13%, а в чистом пару – 15%. Причем в чистом пару увеличение ее идет
за счет возрастания лабильных гумусовых веществ, а уровень содержания негумифицированного органического вещества падает в 1,5-2,3 раза в зависимости от обработки почвы.
Под озимой пшеницей установлен дальнейший рост лабильной части органического вещества почвы до 18,8% в результате увеличения негумифицированного органического вещества. При внесении минеральных, органических и
органо-минеральных удобрений эти закономерности сохраняются, однако процентное содержание лабильных компонентов увеличивается, причем внесение навоза больше влияет на возрастание содержания лабильных гумусовых
45
1)
2)
3)
4)
5)
Ячмень
87,6%
82,7%
80,1%
10,6%
16,1%
13,6%
1,8%
1,2%
6,3%
87,0%
85,0%
81,2%
11,4%
14,3%
13,6%
1,6%
0,7%
5,2%
85,2%
84,1%
79,9%
12,8%
15,1%
14,3%
2,0%
0,8%
5,8%
85,8%
80,3%
76,4%
12,3%
18,3%
17,1%
1,9%
1,4%
6,5%
86,5%
82,4%
77,3%
11,2%
16,3%
16,2%
2,3%
1,3%
6,5%
Чистый пар
- Инертный гумус;
Озимая пшеница
- Лабильные гумусовые вещества;
- Негумифицированное органическое вещество
Рис. 7. Изменение состава органического вещества чернозема типичного
под культурами зернопаропропашного севооборота в зависимости от
внесения удобрений и обработки почвы (1 – без удобрений, вспашка; 2 – без
удобрений, плоскорезная обработка; 3 – NPK под культуру, вспашка; 4 – 48 т/га
навоза за ротацию севооборота, вспашка; 5 - 48 т/га навоза за ротацию севооборота + NPK под культуру, плоскорезная обработка)
46
1)
2)
3)
4)
83,7%
83,1%
82,0%
9,6%
13,2%
12,6%
6,7%
3,6%
5,4%
79,4%
83,4%
79,1%
14,4%
13,8%
14,5%
6,2%
2,8%
6,4%
77,6%
79,8%
76,7%
14,2%
17,6%
16,3%
8,2%
2,6%
7,0%
77,7%
80,8%
78,7%
15,0%
15,7%
15,0%
7,3%
3,5%
6,3%
Клевер
- Инертный гумус;
Ячмень + горох
Озимая пшеница
- Лабильные гумусовые вещества;
- Негумифицированное органическое вещество
Рис. 8. Изменение состава органического вещества чернозема типичного
под культурами зернотравяного севооборота в зависимости от внесения
удобрений и обработки почвы (1 – без удобрений, вспашка; 2 – без
удобрений, плоскорезная обработка; 3 – NPK под культуру, вспашка; 4 – 48 т/га
навоза за ротацию севооборота + NPK под культуру, плоскорезная обработка)
47
Содержание в % от
ОВ почвы
веществ, а совместное внесение навоза с минеральными удобрениями под ячменем – на количество негумифицированного органического вещества.
Последнее объясняется большим поступлением в почву пожнивнокорневых остатков, так как урожай ячменя при внесении органо-минеральных
удобрений был на 14% выше, чем при внесении только органических удобрений. В агроэкосистеме зернопаропропашного севооборота впервые установлены определенные закономерности (рис.9) в изменении абсолютного содержания и соотношения компонентов органического вещества в почве при сокращении и увеличении в ней негумифицированного органического вещества.
20
11,4
14,3
13,6
10
0
6,3
1,6
0,7
Ячмень
Чистый пар
14,0
ЛГВ
3,0
НВ
Озимая
пшеница
Сахарная
свекла
Культуры
Рис. 9. Динамика изменения содержания лабильных гумусовых веществ
(ЛГВ) и негумифицированного органического вещества (НВ) в составе
органического вещества чернозема типичного в зернопаропропашном
севообороте (слой 0-25 см)
Возможно, этот механизм обратной связи обеспечивает устойчивость
системы органического вещества почвы. В том случае, когда в почве (рис.10)
содержание НВ в почве падает, лабильность гумуса возрастает, что в определенной степени предохраняет инертный гумус от глубокой деструкции. Однако
при этом наблюдается тенденция к некоторому уменьшению абсолютного содержания инертного гумуса и его доли в составе органического вещества почвы.
При увеличении в почве содержания негумифицированного органического вещества снижается, фактическое количество ЛГВ и доля их в составе органического вещества почвы несколько сокращается. В данном случае отмечается
тенденция к некоторому увеличению абсолютных значений инертного гумуса и
снижению его процентного содержания в составе органического вещества почвы (в связи с увеличением количества ОВ за счет НВ). Устойчивость систем ы
органического вещества почвы возрастает. Следовательно, негумифицированное органическое вещество является буфером между внешними воздействиями
и гумусовыми веществами почвы, необходимым условием восстановления системы органического вещества почвы после нарушений и обеспечивает ее относительную саморегулируемость.
48
1
а)
б)
НВ
НВ
ЛГВ
ИГ
ЛГВ
ИГ
2
в)
г)
НВ
ИГ
НВ
ЛГВ
ИГ
ЛГВ
Рис. 10. Схема устойчивого функционирования системы органического
вещества чернозема типичного (Изменение компонентов органического
вещества почвы: 1 – при уменьшении в нем количества НВ: а – в абсолютных
величинах, б – в процентных соотношения; 2 – при увеличении в нем количества НВ: в – в абсолютных величинах, г – в процентных соотношениях)
Известно, что в саморегулирующихся системах максимальная устойчивость отмечается при наименьших значениях энтропии. Проследим, как при
этих процессах изменяется энтропия образования системы органического вещества почвы. Так как энтропия обладает свойством аддитивности, т.е. энтропия
системы, состоящей из нескольких компонентов, равна сумме энтропий всех
этих компонентов с учетом их процентного содержания в системе. На основе
этого и определенных нами стандартных термодинамических характеристик
была рассчитана энтропия (табл. 18) образования системы органического вещества чернозема типичного при количественных изменениях ее состава.
Установлено, что при снижении в составе органического вещества почвы
доли негумифицированного органического вещества, например, в чистом пару
или под сахарной свеклой, увеличивается энтропия образования органического
вещества почвы и лабильных гумусовых веществ, т.е. снижается их устойчивость. В почве под озимой пшеницей при увеличении содержания негумифици49
рованного органического вещества энтропия образования ОВ и ЛГВ снижается,
а их устойчивость увеличивается. Чем выше в составе органического вещества
почвы доля негумифицированного органического вещества, тем меньше энтропия образования и больше устойчивость. Лабильные гумусовые вещества имеют меньшую энтропию и большую устойчивость при увеличении в их составе
лабильных фульвокислот, являющихся более молодыми и незрелыми по сравнению с лабильными гуминовыми кислотами. По-видимому, присутствие новообразованных гумусовых кислот в почве повышает устойчивость лабильных
гумусовых веществ.
18. Энтропия образования лабильных гумусовых веществ и органического
вещества чернозема типичного в зависимости от их состава в зернопаропропашном севообороте (в слое 0-25 см)
Состав органического вещества
Энтропия образования,
почвы
Дж/К г
Культура
___ЛГВ___
севооборота
ИГ
НВ
(ЛГК+ЛФК)
ЛГВ
ОВ
в % от ОВ в почве
11,4
Ячмень
87,0
1,6
-5,48
-7,78
(27%+73%)
14,3
Чистый пар
85,0
0,7
-5,32
-7,64
(51%+49%)
Озимая
13,6
81,2
5,2
-5,42
-7,87
пшеница
(36%+64%)
Сахарная
13,8
83,2
3,0
-5,33
-7,76
свекла
(50%+50%)
Примечание: ИГ – инертный гумус, ЛГВ – лабильные гумусовые вещества,
ЛГК - лабильные гуминовые кислоты, ЛФК – лабильные фульвокислоты, НВ негумифицированное органическое вещество, ОВ – органическое вещество
почвы.
В зернопаропропашном севообороте применение безотвальной обработки
приводит к некоторому снижению энтропии образования органического вещества чернозема типичного, т.е. отмечается тенденция к увеличению его устойчивости. Однако устойчивость лабильных гумусовых веществ несколько выше
в почве под ячменем при вспашке (табл.19). В зернотравяном севообороте, наоборот, отмечается тенденция к увеличению устойчивости орга нического вещества и лабильных гумусовых веществ чернозема типичного при вспашке, а
под озимой пшеницей – при плоскорезной обработке.
Внесение минеральных, органических и органо-минеральных удобрений
в рассматриваемых севооборотах вызывает некоторое снижение энтропии образования органического вещества и лабильных гумусовых веществ изучаемой
почвы, т.е. наблюдается тенденция к увеличению их устойчивости. Следует отметить, что воздействие минеральных и органо-минеральных удобрений на
50
19. Энтропия образования (Дж/К г) лабильных гумусовых веществ и органического вещества чернозема
типичного в зависимости от внесения удобрений, обработки почвы и севооборотов (в слое 0-25 см)
Плоскорезная обработка
Вспашка
48 т/га навоза 1 раз
48 т/га навоза 1 раз в
Культура
NPK ежегодно
в ротацию севообобез удобрений
без удобрений
ротацию севооборосевооборота
под культуру
рота + NPK ежегодта
но под культуру
ЛГВ
ОВ
ЛГВ
ОВ
ЛГВ
ОВ
ЛГВ
ОВ
ЛГВ
ОВ
Зернопаропропашной севооборот
Ячмень
-5,44
-7,82
-5,48
-7,78
-5,48
-7,76
-5,50
-7,77
-5,43
-7,80
Чистый пар
-5,42
-7,68
-5,32
-7,64
-5,42
-7,64
-5,42
-7,68
-5,41
-7,68
Озимая
пшеница
-5,40
-7,99
-5,42
-7,87
-5,45
-7,87
-5,47
-7,89
-5,45
-7,90
Зернотравяной севооборот
Клевер
Ячмень +
горох
Озимая
пшеница
-5,40
-7,81
-5,50
-7,89
-5,43
-7,96
-5,42
-7,91
-5,42
-7,72
-5,47
-7,76
-5,47
-7,76
-5,38
-7,73
-5,40
-7,77
-5,38
-7,88
-5,40
-7,86
-5,41
-7,89
51
устойчивость органического вещества чернозема типичного и лабильных гумусовых веществ под озимой пшеницей в зернопаропропашном и зернотравяном
севооборотах одинаково.
Следует отметить, что энтропия образования может служить показателем
устойчивости органического вещества и лабильных гумусовых веществ почвы..
Таким образом, устойчивое функционирование органического вещества в почве
поддерживается благодаря определенным соотношениям между инертным гумусом и лабильными гумусовыми веществами, между собственно гумусовыми
веществами и негумифицированным органическим веществом, между лабильными гумусовыми веществами и негумифицированным органическим веществом, наличию механизма обратной связи между его компонентами и постоянного притока вещества и энергии в виде органических удобрений и растительных остатков.
В зернопаропропашном севообороте, где "пульсирование" системы органического вещества выше, и шире пределы изменчивости соотношений между
его компонентами, четко проявляется механизм обратной связи.
В устойчивости собственно гумусовых веществ почвы большую роль играет негумифицированное органическое вещество, которое выполняет по отношению к ним защитную и гумусовоспроизводительную функцию. При снижении содержания НВ в почве возрастает роль лабильных гумусовых веществ в
обеспечении устойчивости органического вещества почвы.
Пределы устойчивости органического вещества почвы определяются наличием в ней НВ и его количеством. Предложены шесть градаций степеней его
устойчивости. Для повышения устойчивости ОВ пахотных почв следует стремиться к значениям соотношений его компонентов в целинной почве.
Негумифицированное органическое вещество эффективно выполняет гумусовоспроизводительную функцию только при содержании равном требуемому оптимальному и при соотношении в нем C:N= 32±4. Непременными условиями расширенного воспроизводства гумусовых веществ в почве являетсяприток органического вещества и N, обеспечивающие содержание негумифицированного органического вещества выше требуемого оптимального количества с
оптимальным соотношением С:N.
Энтропия органического вещества почвы и ЛГВ может служить показателями устойчивости системы органического вещества почвы.
2.4. Влияние экспозиции склона и степени эродированности на
количественный и качественный состав органического вещества
почв ЦЧЗ
Гумусное состояние почв ЦЧЗ, находящихся в сельскохозяйственном использовании, в зависимости от степени эродированности изучалось рядом исследователей (Опенлендер, 1978, 1980; Рабочев, Королева, 1985; Щербаков, Рудай, 1983; Щербаков, Шевченко, 1988; Володин, Масютенко, Юринская, 1984;
Когут, 1979, 1988, 1989, 1996; Ахтырцев, 1988; Масютенко, 2003, 2006, 2010 и
52
др.). Влияние экспозиции склона на состав гумусовых веществ почв ЦЧЗ изучено недостаточно.
В Центрально-Черноземных областях 80,5% пашни расположено на черноземах, для которых характерно высокое естественное содержание гумуса 8,09,5%. Однако в результате хозяйственного использования и воздействия эрозионных процессов содержание гумуса в почвах значительно уменьшилось. Так, в
типичных черноземах на склонах Курской области за 87 лет после распашки
количество гумуса уменьшилось на 20-50%. В настоящее время в почвах ЦЧЗ
наблюдается процесс дегумификации. В эродированных почвах дефицит гумуса выше. В почвах южных склонов ежегодные потери гумуса на 10-20% выше,
чем на северных (Володин, Масютенко, Юринская, 1988).
Содержание гумуса в черноземных почвах ЦЧЗ в зависимости от подтипа
колеблется от 5,0% в южных до 8,2% в типичных черноземах, в серых лесных –
от 2,2% в светло-серых до 4,9% в темно-серых почвах. С запада на восток Центрально-Черноземного района наблюдается возрастание содержания гумуса в
пахотном слое черноземов с 5,5-6,0% до 8,0-8,3%. По сравнению с несмытыми
типичными черноземами запасы гумуса в слое 0-50 см (Ахтырцев, 1988)
уменьшаются: в слабосмытых на 21%, среднесмытых – 50% и сильносмытых –
на 70%. А в метровом слое при длительном сельскохозяйственном использовании запасы гумуса типичного чернозема уменьшились в несмытых разностях на
20%, в слабосмытых – на 35%, в среднесмытых – на 44% по сравнению с целинными (И.В. Опенлендер, 1980).
Дегумификация черноземов на склонах в немалой степени обусловлена и
эрозионными процессами. Особенно сильно протекает водная эрозия на склонах южной экспозиции крутизной более 5°. Смыв почвы и сток воды на южных
и северных склонах различаются в два – три раза (Сурмач, Барабанов, 1977).
Б.А. Ахтырцев и В.Д. Соловиченко (1984) указывают, что средне- и сильносмытые черноземы занимают преимущественно склоны южных экспозиций
крутизной более 3-5%. Очевидно, здесь имеет место комплексное воздействие
на почвы эрозионных процессов и специфических гидротермических условий.
Гумус черноземов ЦЧЗ особенно эродированных, характеризуется низкой
обогащенностью азотом (табл. 20).
20. Изменение содержания азота в эродированном черноземе типичном
(в слое 0-22 см)
Степень
Содержание
Снижение содержания общего
эродированности
общего
азота по отношению к
почвы
азота, %
неэродированной почве, в %
Неэродированная
0,32
–
Слабоэродированная
0,18
44
Среднеэродированная
0,13
59
Влияние степени эродированности на состав гумуса рассмотрено на примере эродированных черноземов Курской области (рис.11,12). В составе гумуса
53
Глубина, см
Содержание С в % от
общего
углерода
почвы
10
20
0
1
20
2
40
30
40
50
60
70
80
90 100 110
80
90 100 110
3
60
54
67
80
8
100
А
Глубина, см
Содержание С в % от
общего углерода
почвы
10
20
0
1
20
2
40
60
80
100
30
40
50
60
70
3 4
5
6
7
8
Б
Рис. 11. Состав гумуса в черноземе типичном среднемощном
среднесуглинистом (А) и в черноземе типичном слабосмытом
среднесуглинистом (Б) 1-3 – фракции гуминовых кислот: 1-1; 2-2; 3-3. 4-7 –
фракции фульвокислот: 4-1а; 5-1; 6-2; 7-3. 8 – негидролизуемый остаток (гумин)
черноземов отчетливо преобладает фракция гуминовых кислот (ГК), углерод
которых составляет 41-53% от С общей. Характер распределения гуминовых
кислот по профилю различен в зависимости от подтипа почв и эродированности. В типичном и выщелоченном среднесмытом черноземе общее относительное содержание ГК резко уменьшается в переходном горизонте ВС К. В слабосмытом черноземе типичном и черноземе выщелоченном до глубины 120 см
гуминовые кислоты распределены равномерно до профилю.
54
Содержание С в % от
общего углерода почвы
Глубина, см
10
20
30
40
0 1
10
20 2
30
40
50 3 5 4
60 6
7
70
80 8
90
100
50
60
70
80
90 100 110
80
90
А
Содержание С в % от
общего углерода почвы
Глубина, см
10
20
0 1
10
20 2
30
40 3 4
5
50
60 6 7
70
80 8
90
100
30
40
50
60
70
100 110
Б
Рис. 12. Состав гумуса в черноземе выщелоченном мощном
среднесуглинистом (А) и в черноземе выщелоченном среднесмытом (Б) 1-3
– фракции гуминовых кислот: 1-1; 2-2; 3-3. 4-7 – фракции фульвокислот: 4-1а;
5-1; 6-2; 7-3. 8 – негидролизуемый остаток (гумин)
Среди гуминовых кислот изучаемых черноземов преобладает фракция 2
(ГК-2), обменно связанная с кальцием. Причем процентное содержание ее (от
содержания ГК) выше в типичном черноземе, чем в выщелоченном. Содержание фракции ГК-2 в несмытом выщелоченном черноземе в профиле почвы поч55
ти в 1,5 раза выше, чем в среднесмытом. Изучаемые почвы различаются по содержанию этой наиболее ценной фракции. Типичный и выщелоченный черноземы четко различаются по содержанию и распределению по профилю фракции
гуминовых кислот, свободных и связанных с подвижными полуторными окислами (рис. 14, 15). В типичном черноземе количество ГК-1 невелико – 1,2-3,8%
и приурочено в основном в несмытой почве к верхней трети гумусового горизонта (0-30 см), а в слабосмытой к слою 0-20 см.
В черноземе выщелоченном содержание фракции ГК-1 выше и составляет
в пахотном горизонте 8,2-9,5%, фракция ГК-1 распределена по всему профилю,
внизу содержание несколько уменьшается (табл.21). Содержание гуминовых
кислот этой фракции уменьшается по мере возрастания смытости.
ГК-3, связанные с глинистыми частицами и полуторными окислами, занимают второе место по количеству среди фракций гуминовых кислот и составляют 8,96-12,6%, сравнительно равномерно распределены по профилю. Несколько повышенное содержание их (по сравнению с другими изучаемыми
почвами) отмечается в черноземе типичном.
Фульвокислоты. Общее относительное содержание фульвокислот (ФК) в
черноземе составляет 21-24 % (рис.11,12). Выщелоченные черноземы отличаются большим содержанием ФК по сравнению с типичным черноземом. Среди
фульвокислот преобладают фракции 2 и 3, связанные с соответствующими
фракциями гуминовых кислот. ФК-2 составляют 6-12%, вниз по профилю содержание их увеличивается. Наибольшее содержание этой фракции ФК отмечается в профиле чернозема выщелоченного несмытого и смытого, наименьшее –
в типичном черноземе.
Фракция фульвокислот 1а, свободных и связанных с полуторными окислами (так называемая агрессивная фракция), составляет в черноземе 1,8-3%. В
типичном черноземе она заметно увеличивается вниз по профилю, в выщелоченном черноземе распределена более равномерно. Фульвокислоты фракции 1
составляют небольшое количество – 0,6-4,4%, распределение их по профилю
зависит от подтипа почв. В типичном черноземе основная их часть приуроченак
верхней трети гумусового горизонта, ниже по профилю содержание их уменьшается. В выщелоченном черноземе данная фракция фульвокислот распределена равномерно по профилю. Общее содержание гумусовых кислот (ГК+ФК) в
эродированных почвах меньше, чем в неэродированных.
Негидролизуемый остаток в типичном черноземе составляет 31-36%, в
карбонатном горизонте увеличивается до 44%. В выщелоченном черноземе отмечается меньшее содержание негидролизуемого остатка, однако в среднесмытом выщелоченном черноземе количество его увеличивается.
Оценка гумусного состояния изучаемых черноземов
по Л.А. Гришиной и Д.С. Орлову
Содержание гумуса в пахотных горизонтах черноземов типичных среднемощного несмытого и слабосмытого и черноземов выщелоченных мощного
несмытого и среднесмытого среднее (табл.21). Профильное распределение гумуса в метровой толще постепенно убывающее.
56
Степень гумификации органического вещества (СГК/Сорг*100%) в
черноземе типичном и выщелоченном – очень высокая, свыше 40%.
Тип гумуса в черноземе типичном несмытом в слое 0-30 – гуматный, ниже
до гор. С – фульватно-гуматный. В профиле слабосмытого типичного чернозема преобладает фульватно-гуматный тип гумуса (СГК/СФК =1-2), гуматный тип
гумуса наблюдается только в слое 0-10 см.
Показатели
21. Гумусное состояние черноземов
Чернозем типичный
Чернозем выщелоченный
несмытый слабосмытый несмытый среднесмытый
Содержание гумуса в
пахотном горизонте
Профильное распределение гумуса в метровой толще
среднее
постепенно-убывающее
Тип
гумуса
Глубина , см
Степень гумификации
20
40
60
80
Содержание свободных гуминовых кислот
Содержание гуминовых кислот, связанных с Са
очень высокая
гуматный
высокая
гуматный
гуматный
фульватногуматный
фульватногуматный
гуматнофульватный
гуматный
фульватногуматный
фульватногуматный
крайне низкое
высокое
Содержание прочно- высокое в пахотном и алсвязанных гуминовых лювиальном горизонтах,
кислот
среднее – в иллювиальном
Содержание негидронизкое
лизуемого остатка
очень низкое
высокое, в
нижней части
профиля –
среднее
среднее
Тип гумуса в пахотном горизонте чернозема выщелоченного несмытого гуматный, ниже в гор. А и В - фульватно-гуматный, а в гор. В - гуматнофульватный. Гуматный тип гумуса в черноземе выщелоченном среднесмытом
57
отмечается только в слое 0-10 см, ниже – до 60 см – фульватно-гуматный, затем
гуматно-фульватный (Сгк:Сфк = 0,5-1). Таким образом, в смытых почвах тип
гумуса хуже, чем в несмытых. Тип гумуса в профилях изученных почв различается в зависимости от подтипа и эродированности их (почв).
Содержание «свободных» гуминовых кислот в черноземе типичном несмытом и слабосмытом – крайне низкое (10%), в черноземе выщелоченном несмытом и среднесмытом - очень низкое (15-20%). «Свободные» гуминовые кислоты характерны для почв гумидного климата.
Содержание наиболее ценной фракции гуминовых кислот, связанных с
Са - высокое, однако в черноземе выщелоченном среднесмытом вниз во профилю уменьшается до низкого. Содержание негидролизуемого остатка - низкое.
Как показали исследования, гумусное состояние изучаемых почв различно в зависимости от подтипа и степени смытости.
Различия между двумя подтипами чернозема проявляется в основном в
групповом и фракционном составе гумуса по содержанию и распределению кислот, 1 и 3 фракции ГК и ФК.
Эродированность почвы (рассмотрим на примере выщелоченного чернозема) влияет на тип гумуса в профиле почв, на групповой и фракционный состав: уменьшается содержание гуминовых кислот (I и 2 фракции ГК), несколько
увеличивается содержание фракции ФК-2, негидролизуемого остатка. Качество
гумуса в эродированных почвах изменяется. Наиболее это сильно проявляется в
черноземе выщелоченном среднесмытом.
По данным ряда исследователей (Ганжара, Ганжара, 1973; Черемисинов,
1968; Ляхов, 1974; Танасиенко, 1974; Опенлендер, 1978 и др.), в составе гумуса
черноземов с увеличением степени эродированности уменьшается количество
гуминовых кислот и повышается количество фульвокислот. Отмечается также
сглаживание различии в групповом и фракционном составе гумуса между несмытыми и смытыми почвами в результате их окультуривания. Об ухудшении
качества гумуса в смытых черноземных почвах свидетельствуют данные ряда
исследователей почв ЦЧЗ (Опенлендер, 1978, 1980; Володин, Масютенко,
Юринская, 198; Ахтырцев, 1987, 19).
Для южных склонов (табл.22) характерно меньшее содержание гумуса в
черноземах (в большинстве случаев разность достоверна при р = 0,95), чем для
северных. Некоторые исследователи связывают это не только с эрозией, а со
специфическими условиями водного и температурного режима, биологической
активностью почвы на южном склоне (Георги, 1982; Бадалян, Хачикян, Аванесов, 1981), своеобразием почвообразования при разных гидротермических режимах.
Рельеф местности определяет перераспределение солнечной радиации и
осадков в зависимости от экспозиции, крутизны и формы склонов (Наконечная,
Явтушенко, 1989).
На склонах разных экспозиций создаются неодинаковые микроклиматические условия, которые и определяют разную направленность и интенсивность
58
почвообразовательного процесса, что в конечном итоге приводит к формированию почв, отличающихся по плодородию. По данным Г.А. Чуяна, В.В. Ермакова, С.И. Чуян (1987) наиболее высокими запасами гумуса и валовых форм питательных веществ обладают черноземы типичные, расположенные на склонах
северной экспозиции.
А.В. Швебс (1960) и Г.А. Ларионов (1972) отмечали, что черноземные
почвы склонов южной экспозиции имеют большую численность микроорганизмов, перерабатывающих органическое вещество почвы, более высокие темпы минерализации гумуса, поэтому содержание последнего здесь на 0,4-0,8%
меньше. По данным В.Ф. Юринской (1983) численность микроорганизмов, способных разлагать гумус, на склоне южной экспозиции составила 132-145% к
водоразделу, в то время как на северном склоне эта численность составила всего 65-79% к водораздельному плато.
На склонах северной экспозиции (табл. 22) в составе гумусовых веществ
почвы отмечается устойчивая тенденция большего содержания (по сравнению с
южной) гуминовых кислот и, в частности, фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием. Отношения СГК/СФК в составе гумусовых веществ выше на
склоне северной экспозиции.
22. Влияние экспозиции склона на состав гумуса чернозема типичного
Гуминовые кислоты в %
Степень
Слой Общий
к общему углероду
гумификаЭкспозиция
почвы, гумус,
ции,
СГК/СФК
склона
см
%
ГК-1
ГК-2
ГК-3 СГК/СОБЩ ·
100%
0-10
5,77
2,4
26,6
6,9
35,9
1,80
10-20
5,76
2,1
26,6
6,6
35,3
1,79
Южная
20-30
5,60
1,2
28,0
4,9
34,1
1,77
30-40
5,15
1,0
27,4
4,4
32,8
1,75
0-10
6,36
2,4
30,7
8,1
41,2
2,10
10-20
6,21
1,9
27,0
7,8
36,7
2,00
Северная
20-30
6,02
1,2
28,6
6,9
36,7
1,73
30-40
5,28
1,3
30,7
4,9
36,9
1,71
Экспозиция склона существенно влияет на количественный и качественный состав гумусовых веществ, извлекаемых из почвы 0,1н NаОН (табл. 23). На
южном склоне в пахотном слое чернозема типичного слабосмытого содержание
лабильных гумусовых веществ может быть в 1,3-2,5 раза, а лабильных гуминовых кислот в 2,3-6,3 раза меньше, чем на северном. В неэродированном черноземе типичном лабильных гумусовых веществ содержится примерно на 20% и
200% выше, чем, соответственно, на северном и южном склонах (при слабой
степени смытости). А по содержанию лабильных гуминовых кислот почвы водораздельного плато и северного склона близки. На южном склоне в почве ЛГК
содержится в 5,9-6,2 раза меньше, чем на водораздельном плато. Качественный
59
состав лабильных гумусовых веществ (С ЛГК/СЛФК) лучше на склоне северной
экспозиции и водораздельном плато.
23. Влияние экспозиции склона и степени эродированности на
содержание и состав лабильных гумусовых веществ
чернозема типичного
Экспозиция склоЛГВ
ЛГК
ЛФК
Слой,
СЛГК/С
на, степень эродисм
С мг/кг почвы
ЛФК
рованности
Водораздельное
0-10
3784
1658
2126
0,78
плато, несмытый
10-20
3874
1574
2300
0,68
Северная экспози0-10
3230
1660
1570
1,06
ция, слабосмытый
10-20
3176
1617
1559
1,04
Южная экспози0-10
1300
265
1035
0,26
ция, слабосмытый
10-20
1249
321
928
0,35
Лабильность гумуса (отношение углерода лабильных гумусовых веществ
к органическому углероду гумуса) выше в почвах на северных склонах
(табл.24) на 30-70% в зависимости от глубины, чем на южных.
24. Влияние экспозиции склона на содержание и состав лабильных гумусовых веществ и водорастворимый гумус чернозема типичного
ЛГВ ЛГК ЛФК
Водорастворимый гумус (ВРГ)
Экспозиция
склона
Глубина
слоя,
см
0-10
Север- 10-20
ная
20-20
30-40
0-10
10-20
Южная
20-20
30-40
Водная вытяжка
С мг/кг почвы
4417
4345
3398
2272
2978
2894
1774
1531
1487
1407
743
460
804
797
246
197
2930
2938
2655
1812
2174
2097
1528
1334
СЛГК ЛГ,
СЛФК %
0,51
1,48
0,28
0,25
0,37
0,38
0,15
0,14
12,5
12,2
10,1
10,1
9,6
9,5
5,8
5,7
при
при
+20
+ 40 °С
°С
С мг/кг почвы
510
610
380
470
340
440
270
370
580
680
490
570
420
500
330
430
при
при
+20
+ 40 °С
°С
в % от СЛГВ
11,5
13,7
8,7
10,8
10,0
12,9
11,9
16,3
19,5
22,8
16,9
19,7
23,7
28,2
21,6
28,1
Содержание водорастворимого гумуса больше в черноземе типичном на
южном склоне на 14-29%, чем на северном. Повышение температуры водной
вытяжки до +40 °С приводит к увеличению извлечения водорастворимого гумуса из почвы и на южном, и на северном склоне. Однако процент извлечения
гумуса водным раствором из почвы, расположенной на склоне южной экспози60
ции, по отношению к лабильным гумусовым веществам выше, чем на северном,
в 1,7-2,4 раза при t = +20 °С и в 1,7-1,8 раза при t = +40 °С.
Изучено гумусное состояние чернозема типичного в различных угодьях в
зависимости от экспозиции склона и местоположения на нем (табл. 25-26). Из
обследованных почв наиболее благоприятное гумусное состояние отмечается
под лугом и лесополосами: выше содержание гумуса, лабильных гумусовых
веществ, лучше качественный состав их и в целом органического вещества.
Вниз по склону содержание гумуса в слое почвы 0-25 см под лесополосами падает, а в слое 0-50 см под прибалочной лесополосой возрастает. В пахотных почвах наибольшее содержание гумуса отмечается на середине южного
склона, при этом наблюдается повышение в составе органического вещества
почвы лабильного гумуса и негумифицированного органического вещества.
Следовательно, в пахотном черноземе типичном, расположенном на середине
склона южной экспозиции, формируется более устойчивая система органических веществ.
Почвы северного склона отличаются повышенным (по сравнению с южным) содержанием общего гумуса и лабильного гумуса. Содержание гумуса
под лесополосами на склоне северной экспозиции возрастает вниз по склону
(на водоразделе в слое 0-50 см – 5,42%; в нижней части склона под прибалочной лесополосой – 5,89%). Распределение гумуса в пахотных почвах по северному склону аналогично южному склону, т.е. наибольшее содержание гумуса
впочве на середине склона, однако содержание лабильного гумуса и негумифицированного органического вещества больше в верхней части склона. Наибольшие показатели гумусного состояния отмечаются в почве под лесополосами. Выявлено, что качество лабильного гумуса почвы улучшается вниз по северному склону.
Таким образом, установлены определенные закономерности влияния степени эродированности и экспозиции склона на состав органического вещества
черноземных почв. Эродированность почвы влияет на тип гумуса в профиле
почв, на групповой и фракционный состав: уменьшается содержание гуминовых кислот, фракцией "свободных" гуминовых кислот и гуминовых кислот,
связанных с кальцием, но несколько увеличивается содержание фракции фульвокислот, связанных с кальцием и негидролизуемого остатка. В смытых почвах
количество гумуса (СГК/СФК) ухудшается. Так же выявлено снижение лабильных гумусовых веществ в эродированных почвах по сравнению с неэродированными, причем на южном склоне более интенсивное (в 2,9-3,1 раза), чем на
северном (на 17-22%).
Черноземы типичные южных склонов (по сравнению с северными) характеризуются меньшим содержанием гумуса (на 10-17%), лабильных гумусовых
веществ (в 2,3-6,3 раза), снижением соотношения СГК:СФК и СЛГК:СЛФК и в
большинстве случаев большей долью негумифицированного органического
вещества (в 1,2-1,5 раза) в составе ОВ почвы. Вероятно за счет механизма обратной связи, снижения свободной энтропии органического вещества почвы
61
Угодье
Луг
25. Гумусное состояние чернозема типичного в различных угодьях в зависимости от
местоположения на склоне южной экспозиции
Гумусовые вещества почвы
Слой Общий ЛГК ЛФК
НВ
Местоположение
СЛГК
почвы, гумус,
ЛГК
ЛФК
ЛГВ
ИГ
Всего
на склоне
С мг/кг почвы СЛФК
см
%
в % от общего содержания ОВ в почве
Нижняя часть
склона
Пашня
-//-
Лесополоса
-//-
Пашня
Лесополоса
Пашня
Лесополоса
Середина склона
-//Верхняя часть
склона
-//-
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
6,24
6,08
5,80
4,32
6,08
5,75
6,58
4,81
6,60
4,57
6,30
4,50
6,85
4,75
1108
798
557
350
666
418
580
316
799
405
294
190
1175
588
3120
2868
1921
1591
1850
1742
2568
1690
3266
1807
1735
1023
3058
2104
62
0,30
0,29
0,29
0,22
0,36
0,24
0,24
0,20
0,29
0,26
0,20
0,21
0,42
0,31
2,5
1,9
1,2
0,9
1,5
1,0
1,2
0,9
1,5
1,2
0,7
0,6
2,1
1,6
6,2
5,8
4,2
4,1
4,2
4,1
5,1
4,6
5,1
4,6
3,5
2,9
5,0
5,2
8,7
7,7
5,4
5,0
5,7
5,1
6,3
5,5
6,9
5,7
4,2
3,5
7,1
6,8
84,3
85,9
87,9
90,2
81,8
85,4
88,5
89,8
74,3
80,1
91,2
92,1
75,8
80,8
93,0
93,6
93,7
95,2
87,5
90,5
94,8
95,3
81,2
85,8
95,4
95,6
82,9
87,6
7,0
6,4
6,3
4,8
12,5
9,5
5,2
4,7
18,8
14,2
4,6
4,4
17,1
12,4
Угодье
Луг
26. Гумусное состояние чернозема типичного в различных угодьях в зависимости от
местоположения на склоне северной экспозиции
ЛФК
Гумусовые вещества почвы
Слой Общий ЛГК
НВ
Местоположение
СЛГК
почвы, гумус,
ЛГК
ЛФК
ЛГВ
ИГ
Всего
на склоне
С мг/кг почвы СЛФК
см
%
в % от общего содержания ОВ в почве
Нижняя часть
склона
Пашня
-//-
Лесополоса
-//-
Пашня
Лесополоса
Пашня
Лесополоса
Середина склона
-//Верхняя часть
склона
-//-
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
0-25
0-50
6,32
4,70
7,09
5,89
6,82
4,79
6,80
4,82
7,40
5,46
6,65
4,79
7,17
5,42
1171
627
1407
786
1299
695
1154
589
1320
708
1033
671
1176
704
2635
1791
2636
1944
2405
1636
2621
1732
2646
1894
3553
2315
3472
2650
63
0,52
0,40
0,60
0,45
0,54
0,26
0,47
0,37
0,57
0,43
0,33
0,32
0,38
0,30
2,6
1,9
2,7
1,9
2,0
1,5
2,3
1,7
2,4
1,8
2,2
2,0
2,0
1,7
5,0
4,8
4,5
4,2
5,9
5,7
4,9
4,6
4,2
4,2
6,7
6,2
5,3
5,7
7,6
6,7
7,2
6,2
7,9
7,2
7,2
6,3
6,6
6,0
8,9
8,2
7,3
7,4
88,0
88,7
84,4
87,2
79,7
83,5
88,4
90,0
80,9
85,3
85,0
87,1
75,2
81,2
95,6
95,5
95,6
95,6
87,6
90,7
95,6
96,4
87,4
91,3
93,9
95,7
82,5
88,6
4,4
4,5
8,4
6,4
12,4
9,3
4,4
3,6
12,6
8,7
6,1
4,3
17,5
11,4
и лабильных гумусовых веществ (в связи с увеличением ЛФК в составе ЛГВ)
возрастает устойчивость органического вещества почвы, и несмотря напостоянные специфические гидротермические условия падение содержания гумусовых веществ в почве на южном склоне не превышает 10-17% (в пахотных почвах меньше). Согласно нашим исследованиям (табл. 30), коэффициент потери
гумуса в пахотном слое чернозема типичного слабосмытого на южном склоне
при отвальной вспашке только на 8% превышает этот показатель на северном
склоне.
2.5. Трансформация состава органического вещества черноземов под
воздействием антропогенных факторов
Для управления воспроизводством органического вещества черноземов
требуется изучение и количественная оценка влияния управляемых агрогенных
факторов: севооборотов, внесения органических и органо-минеральных удобрений, обработки почвы - на его состав и особенно лабильную часть. Исследованию этих вопросов посвящен предлагаемый раздел.
2.5.1. Влияние внесения органических и органо-минеральных удобрений
севооборотов и обработки почвы на количественный и качественный
состав органического вещества чернозема типичного и его воспроизводство
Влияние органических удобрений на гумус и лабильные гумусовые вещества черноземных почв изучалось многими иследователями (Шевцова, Сизова,
1970; Гетманец, 1973; Кершенс и др., 1981; Чесняк, 1984; Когут, 1984; Унгурян,
Илашку, 1987; Девятова, 1988; Володин, Масютенко, 1988, 1990, 1996; Шевцова, Володарская, 1989; Богданов, Середа, 1998 и др.).
Нами изучалось влияние органических и органо-минеральных удобрений,
севооборотов, обработок на составляющие многокомпонентной системы органического вещества почвы с целью выявления их роли в воспроизводстве количественного и качественного состава органического вещества чернозема типичного. Исследования проводили в многофакторном полевом опыте ВНИИЗиЗПЭ на черноземе типичном среднесуглинистом при закладке опыта и в четвертую ротацию четырехпольных севооборотов – зернопаропропашного и зернотравяного – на вариантах с внесением органических (48 т/га навоза 1 раз в
ротацию севооборота), органо-минеральных удобрений (48 т/га навоза 1 раз в
ротацию севооборота и NPK под культуру) и без удобрения, с плоскорезной
обработкой и вспашкой.
В воспроизводстве количественного и качественного состава органического вещества черноземов важную роль играют органические (ОУ) и органоминеральные удобрения (ОМУ). Установлено, что в зависимости от вида севооборота, возделываемой культуры и применяемой обработки изменяется степень влияния органических удобрений на состав органического вещества почвы.
В зернотравяном севообороте (табл. 27) при внесении органоминеральных и органических удобрений в слое почвы 0-25 см увеличиваются
64
27. Состав органического вещества чернозема типичного в зернотравяном севообороте в зависимости от
внесения удобрений и обработки почвы
Соотношения, %
ЛГК
ЛФК
ИГ
ГВ
НВ
ОВ
Слой
Гумусовые вещества (ГВ)
Обработка
Удобрения
почвы,
НВ
почвы
т/га
ЛГВ
ИГ
всего
см
0-25
5,7
13,5
122,5
141,7
9,6
151,3
12,7
81,0
93,7
6,3
25-50
2,2
11,3
107,7
119,0
2,6
121,6
9,3
88,6
97,9
2,1
0-25
10,1
15,8
128,1
153,9
12,1
166,0
15,5
77,2
92,7
7,3
25-50
3,5
14,6
111,1
129,2
4,2
133,4
13,6
83,3
96,9
З,1
0-25
8,9
14,2
126,3
149,4
12,3
161,7
14,3
78,1
92,4
7,5
25-50
3,5
15,8
109,8
125,6
4,1
129,7
12,2
84,7
96,9
3,1
0-25
6,3
9,9
141,4
157,6
11,4
169,0
9,6
837
93,3
6,7
25-50
2,8
5,8
118,9
127,5
2,2
129,7
6,6
91,7
98,3
1,7
Без удобрения
Навоз 48 т/га 1
раз за ротацию
севооборота
Отвальная
Навоз 48 т/га 1
раз за ротацию
+ NРК под
культуру
Без удобрений
Безотвальная
65
28. Состав органического вещества чернозема типичного в зернопаропропашном севообороте в зависимости от
внесения удобрений и обработки почвы.
Удобрения
Обработка
почвы
Без удобреБезотвальная
ния
Навоз 48
т/га 1 раз за
Безотвальная
ротацию
севооборота
Навоз 48
т/га 1раз за
ротацию + Безотвальная
NРК под
культуру
Без удобрений
Безотвальная
Слой,
см
ЛГК
0-25
4,4
12,3
25-50
2,7
0-25
ЛФК
ИГ
Соотношения, %
Гумусовые вещества (ГВ)
ЛГВ
ИГ
всего
ГВ
НВ
ОВ
124,8
141,5
2,1
143,6
11,6
86,9
38,5
1,5
9,1
105,8
117,4
0,5
117,9
10,0
89,6
99,6
0,4
6,9
12,8
133,8
153,6
3,2
156,8
12,3
85,7
98,0
2,0
25-50
2,6
10,2
113,4
126,2
0,8
127,0
10,1
89,3
99,4
0,6
0-25
6,6
12,9
131,7
151,3
3,3
154,6
11,6
85,2
97,9
2,1
25-50
2,7
9,8
109,8
122,3
0,8
123,1
10,1
89,1
99,4
0,6
0-25
5,1
10,0
126,2
141,3
2,7
144,0
10,5
87,6
98,1
1,9
25-50
1,9
9,1
111,8
122,8
0,6
123,4
8,9
90,6
99,5
0,5
т/га
66
НВ
запасы гумуса на 6-12%, ЛГК – на 56-77%, ЛФК – всего на 5-17%, негумифицированного органического вещества – на 30% по сравнению с неудобренными
вариантами. В слое 25-50 см степень повышения запасов органического вещества в почве при внесении удобрений ниже в 1,2-1,5 раза, чем в пахотном, а
возрастание запасов лабильных гумусовых веществ связано, в основном, с накоплением лабильных фульвокислот, в слое же 0-25 см – с накоплением лабильных гуминовых кислот. В пахотном слое в составе лабильных гумусовых
веществ лабильных фульвокислот содержится на 20% меньше, чем в слое 25-30
см. Следует отметить, что различия в запасах гумуса между удобренными и неудобренными вариантами в зернотравяном севообороте выше под озимой пшеницей.
В зернопаропропашном севообороте (табл. 28) внесение органических и
органо-минеральных удобрений преимущественно влияет на лабильную часть
органического вещества чернозема типичного в слое 0-25 см: увеличиваются
запасы лабильных гумусовых веществ соответственно на 16-21% и 16-19% и
негумифицированного органического вещества в 1,5 и 1,6 раза по сравнению с
неудобренными вариантами. При этом запасы лабильных гуминовых кислот
возрастают при внесении ОУ на 53%, при внесении ОМУ – на 47%, а запасы
лабильных фульвокислот, соответственно, на 7,0 и 7,5%. Следовательно, увеличение запасов лабильных гумусовых веществ в черноземе типичном при внесении ОУ и ОМУ связано с накоплением лабильных гуминовых кислот.
Наибольшее влияние внесения удобрений на запасы негумифицированного органического вещества в почве отмечается в чистом пару. Озимая пшеница
в зернопаропропашном севообороте при внесении органических и органоминеральных удобрений способствует накоплению органического вещества в
почве, увеличивая запасы гумуса и негумифицированного органического вещества.
Следует отметить (табл. 27, 28), что внесение органических и органоминеральных удобрений влияет на соотношение компонентов в системе органического вещества почвы: возрастает доля лабильных гуминовых кислот, негумифицированного органического вещества и снижается доля инертного гумуса. Это очевидно связано с прямым влиянием органических удобрений через
непосредственное поступление гумусовых и органических веществ в многокомпонентную систему органического вещества почвы, а также косвенным
воздействием ОУ и ОМУ – через повышение продуктивности возделываемых
культур и увеличение поступления в почву пожнивно-корневых остатков.
При внесении органических и органо-минеральных удобрений улучшается качественный состав лабильных гумусовых веществ чернозема типичного в
1,4-1,5 раза, причем в зернотравяном севообороте примерно на 18-25% больше,
чем в зернопаропропашном.
Зернотравяной севооборот улучшает количественный и качественный состав лабильного гумуса, общего гумуса и увеличивает содержание негумифицированного органического вещества.
67
При плоскорезной обработке доля лабильных гуминовых кислот в составе лабильных гумусовых веществ в слое 0-25 см чернозема типичного только
при внесении органо-минеральных удобрений была выше на 21-40%, чем при
вспашке, а без внесения ОУ – на 10-11%.
Элементы системы земледелия избирательно влияют на компоненты органического вещества черноземов: вид севооборота оказывает существенное
влияние на запасы в почве негумифицированного органического вещества; содержание гумуса и лабильных гумусовых веществ; органо-минеральные удобрения – на качественный и количественный состав лабильных гумусовых веществ; а обработка почвы – на количество негумифицированного органического вещества и качественный состав лабильных гумусовых веществ.
Выявлены следующие особенности влияния (табл. 29) органических и органо-минеральных удобрений на воспроизводство количественного и качественного состава органического вещества.
1. Внесение 48 т/га навоза и 48 т/га навоза раз в ротацию и NPK под культуру в четырехпольных зернопаропропашном и зернотравяном севооборотах на
протяжении четырех ротаций обеспечивает расширенное воспроизводство всех
компонентов органического вещества чернозема типичного.
2. Вид севооборота определяет степень воспроизводства органического
вещества почвы. При внесении органических и органо-минеральных
удобрений накопление гумуса, лабильных гуминовых кислот, негумифицированного органического вещества в зернотравяном севообороте соответственно
в 3-2,4, 3,7-3,2, 7,3-7,1 раз выше, чем в зернопаропропашном.
3. Расширенное воспроизводство гумусовых веществ в почве при внесении ОУ и ОМУ осуществляется в зернотравяном севообороте на 52-71% за счет
инертного гумуса, а в зернопаропропашном – только на 56%. Накопленные в
почве гумусовые вещества в зернопаропропашном севообороте отличаются
меньшей стабильностью, чем в зернотравяном, так как представлены ~ на 44%
ЛГВ, больше подверженными разложению, чем инертный гумус.
Таким образом, установлены особенности влияния органических и органо-минеральных удобрений, севооборотов на состав органического вещества
чернозема типичного и воспроизводство его компонентов в зависимости от
применяемой обработки почвы.
В условиях недостаточного поступления свежих органических веществ
(без внесения органических удобрений) в черноземе типичном слабосмытом
при всех изучаемых обработках отмечается снижение содержания гумуса (табл.
30). Потери гумуса на склоне южной экспозиции выше, чем на северной. В исследованиях В.М. Володина, Н.П. Масютенко и В.Ф. Юринской (1988) установлено, что на склонах разной экспозиции в почве происходит перестройка
таксономической структуры микробных ассоциаций. В частности, на северном
склоне в составе микрофлоры возрастает значение грибов, на южном – олигонитрофильных микроорганизмов, микробов, выделяемых на почвенной вытяжке, доля которых от общего числа микроорганизмов (МПА, ПА, КАА) в нашем
опыте составила по вариантам на северном склоне 32-35, на южном – 36-40%;
68
29. Изменение количественного и качественного состава органического вещества чернозема типичного в зернотравяном и зернопаропропашном севооборотах за 4 ротации (16 лет) при внесении удобрений в слое 0-25 см
Севооборот
Удобрение
Запасы гумуса,
т/га
I
П
Без удоб- 133,10 141,70
рений
±1,64 ±1,66
Зерно- Навоз* 48 133,40 153,90
±1,65 ±1,83
травя- т/га
ной
Навоз* 48
133,20 149,4
т/га +
±1,50 ±1,70
NРК**
Δ, т/га
+8,60
+20,50
+16,20
Без удоб- 146,94 141,5
-5,44
±1,70 ±1,65
Зерно- рений
паро- Навоз* 48 146,80± 153,60 +6,80
т/га
1,70
±1,81
пропаш- Навоз* 48
144,60 151,30
ной
т/га +
+6,70
±1,67 ±1,81
NPK**
I - при закладке опыта; П - через 16 лет
Запасы ЛГК,
т/га
I
5,40±
0,30
5,71±
0,34
П
5,70±
0,34
10,10
±0,63
5,70±
0,34
8,90±
0,55
5,70±
0,35
5,70±
0,33
4,40±
0,27
6,90±
0,55
5,60±
0,33
6,60±
0,56
Δ*, т/га
+0,30
+4,39
+3,20
-1,30
+1,20
+1,00
Изменения за 16 лет в т/га: Δ - гумуса; Δ* - ЛГК; Δ** - ЛФК, *Δ – НВ
* - один раз за ротацию севооборота
** - под культуру
69
Запасы ЛФК,
т/га
Δ**,
т/га
Запасы НВ, т/га
I
10,64
±0,64
12,70
±0,64
П
13,50
±0,68
15,80
±0.95
12,62
±0,63
14,20±
0,88
11,36
±0,62
11,02
±0,60
12,50
±0,60
12,80
±0,80
+0,94 1,8± 0,2 2,1± 0,2
+0,3
+1,78 1,8± 0,2 3,2± 0,4
+1,4
10,98
±0,61
12,90
±0,80
+1,92 1,8± 0,2 3,3± 0,4
+1,5
I
П
*Δ,
т/га
+2,86 1,9± 0,2 9,6± 1,1
+7,7
+3,10 1,8± 0,2 12,1± 1,4 +10,3
+1,58 1,7± 0,2 12,3± 1,4 +10,6
содержание грибов в почве на северном склоне в 1,2-2 раза выше, чем на южном. Изменение структуры микробных ассоциаций в сочетании с особенностями гидротермических и почвенных условий (рН среды и др.) обусловливает
различную трансформацию органического вещества в почве. Экспозиции
влияют на содержание гумуса в почве преимущественно при минимальной и
плоскорезной обработках. Так, коэффициенты ежегодных потерь гумуса в почве на южном склоне в 1,2-1,22 раза выше, чем на северном, а при вспашке – в
1,08 раза.
Применение почвозащитных обработок на склоне северной экспозиции
несколько эффективнее, чем на южной, так как способствует улучшению режима органического веществ в почве. Так, на северном склоне потери гумуса в
почве при плоскорезной и минимальной обработках на 27 и 33% ниже по сравнению со вспашкой; на южном склоне соответственно на 20 и 27%. Результаты
микробиологических исследований показывают, что на южной экспозиции
склоне по сравнению с северной в почве выше биогенность гумуса и, следовательно, его подверженность микробному воздействию (число микробов на 1 см2
в гумусе, табл. 36).
При почвозащитных обработках в почве складываются более благоприятные условия для гумификации органического вещества, отношение коэффициента гумификации к коэффициенту минерализации при плоскорезной и
минимальной обработках в 1,17—1,27 раза больше, чем при вспашке.
30. Изменение содержания гумуса в пахотном слое чернозема типичного
слабосмытого в зависимости от системы обработки почвы
(пахотный слой)
Содержание гумуса в почве, %
величина
изменения
Коэффициент
потери
гумуса в
год
Потери гумуса,
%к
вспаш
ке на
южном
склоне
Кгум
Кмин
Экспозиция
склона
Обработка
Южная
Отвальная
Безотвальная
Минимальная
5,57±0,07 5,41±0,06
5,59±0,05 5,46±0,05
5,69±0,05 5,57±0,05
-0,16
-0,13
-0,12
0,0096
0,0077
0,0070
100
80
73
0,45
0,57
0,58
Отвальная
Безотвальная
Минимальная
5,95±0,04 5,81±0,04
5,92±0,04 5,81±0,04
5,82±0,04 5,72±0,04
-0,14
-0,11
-0,10
0,0089
0,0063
0,0058
93
66
60
0,47
0,55
0,58
Север
ная
перед закладкой
опыта
в конце
ротации
Таким образом, в условиях недостаточного поступления органических
веществ (без внесения органических удобрений) при всех изучаемых обработках в почве отмечается снижение содержания гумуса. Однако потери гу70
муса в пахотном слое при плоскорезной и минимальной обработках на 20-33%
ниже, чем при вспашке в зависимости от экспозиции склона (северная, южная).
Минимализация обработки изменяет характер микробиологической деятельности в слабосмытых черноземах и по сравнению со вспашкой создает более благоприятные условия для гумификации органического вещества. Количественную оценку влияния изученных обработок на гумусное состояние и биологическую активность почвы следует использовать при разработках систем земледелия, обеспечивающих наряду с получением запланированных урожаев сельскохозяйственных культур сохранение и оптимизацию почвенного плодородия.
Влияние внесения высоких доз органических веществ на плодородие эродированных почв ЦЧЗ изучено недостаточно. Данному вопросу в настоящей
работе уделено определенное внимание. Применение средних доз органических
и минеральных удобрений не способствует улучшению свойств средне- и
сильноэродированных почв; заметному повышению их плодородия. Исследованиями Р.Я. Сталбова (1974), С. Крыстанова, Б. Бакаловой (1978), Ю.И Петровой, М.А. Дурымановой (1978), Г.П. Покудина (1978) показано, что применение
высоких доз органических удобрений (40, 60, 80 т/га навоза; 150-200 т/га торфа)
на эродированных дерново-подзолистых почвах, обыкновенном черноземе, мицелярно-карбонатных почвах Молдавии способствует повышению запасов гумуса в почве, улучшению водно-физических свойств, повышению урожая сельскохозяйственных культур.
Экспериментальные исследования проводились на черноземе типичном
среднесмытом тяжелосуглинистом иловато-крупнопылеватом с разовым внесением высоких доз органических веществ: навоза 60т и 120т, торфа 120т, смеси
навоза и торфа в тех же дозах с соломой 5т и минеральными удобрениями (ежегодно). Содержание гумуса в пахотном горизонте – 3,9-4,7%. Средняя степень
смытости обусловила определенную пестроту свойств почвы. Повторность
опыта четырехкратная, площадь делянок – 75 м2. В соответствии с принятым
севооборотом по годам возделывались кукуруза на зеленый корм, вико-овсяная
смесь, озимая пшеница, ячмень с подсевом трав.
На всех вариантах опыта с высокими дозами органических удобрений наблюдалось накопление в почве гумуса (табл.31). Через год после внесения 60 и
120 т навоза отдельно и в смеси с 5т соломы в пахотном слое увеличилось содержание гумуса на 0,37-0,65% (на контроле - 3,9%), а на варианте с внесением
120 т торфа и 5 т соломы - на 1,02% (на контроле -4,48%). Средняя доза соломы
с минеральными удобрениями оказывает небольшое влияние на гумусонакопление (0,14%). Через 2 года после внесения (табл. 68) высоких доз органических удобрений превышение содержания гумуса по сравнению с контролем составило 0,18-0,68%, через три года – 0,20-0,56%, через четыре – 0,08-0,41%.
Таким образом, внесение высоких доз усиливает накопление гумуса, но
вновь образованный гумус оказывается не всегда устойчивым. Аналогичное явление отмечалось в работах И.В. Кузнецова (1977) и А.М. Пупкова (1977). Усиленную минерализацию вновь образованного гумуса отмечают Halsbach, Klaska
(1979).
71
31. Динамика содержания гумуса (%) в черноземе типичном среднесмытом
(слое 0-40 см) при внесении высоких доз органических удобрений
Годы
Варианты
1976
1979
1980
1981
Контроль
3,74
3,94
4,06
3,79
Навоз 60 т
3,32
4,07
4,17
4,18
Навоз 120 т
4,21
4,32
4,35
4,32
Навоз 60 т + солома 5 т + NPK
4,06
4,10
4,42
4,40
Навоз 120 т + солома 5 т + NPK
4,04
4,37
4,46
4,35
Торф 120 т + солома 5 т + NPK
4,28
4,90
4,95
4,76
Солома 5 т + NPK
4,38
4,43
4,64
4,66
NPK
4,48
4,48
4,69
4,72
За изучаемый период внесение высоких доз органических удобрений незначительно повлияло на групповой и фракционный состав гумуса (табл. 32).
Отмечена тенденция к некоторому увеличению количества негидролизуемого
остатка – гумина, фульвокислот, некоторому снижению содержания гуминовых
кислот за счет уменьшения фракций, связанных с кальцием. Наблюдается некоторое увеличение фракции гуминовых кислот, свободных и связанных с подвижными полуторными окислами. По-видимому, качественные изменения в
групповом и фракционном составе гумуса могут произойти в течение более
продолжительного времени воздействия высоких доз органических удобрений,
превышавшего период данных исследований.
На вариантах с высокими дозами органических удобрений наблюдалось
усиление биологической активности почвы. Выделение СО 2 с поверхности почвы в летние месяцы составило 3,0-16,1 кг/час/га (на контроле - 1,6-10,7). Характер динамики биологической активности почвы определялся в основном погодными условиями. Отмечена зависимость биологической активности почвы от ее
температуры и влажности. Наименьшая интенсивность выделения СО2 соответствует периоду с влажностью почвы близкой к гигроскопической и температурой поверхности почвы + 36-45°С. В таких экстремальных условиях различия
по биологической активности почв на вариантах опыта малы и хаотичны.
В более благоприятных условиях, при влажности почвы более 14-15% и
температуре почвы 25-30°С (оптимальные дляхимико-биологических процессов), четко прослеживается усиление биологической активности почвы с возрастанием доз органических веществ. Наибольшая интенсивность дыхания
почвы наблюдалось на вариантах с внесением 120т навоза отдельно и в смеси с
5т соломы и NPK.
Внесение высоких доз органических веществ в смеси с минеральными
удобрениями на среднесмытом черноземе способствовало резкому повышению
72
32. Групповой и фракционный состав гумуса чернозема типичного среднесмытого при внесении органических
удобрений (С, % к общему органическому углероду)
Глубина,
см
С, %
Контроль
0-20
20-40
Навоз* 60 т
Варианты
Фракция ГК
Фракция ФК
Нерастворимый
остаток
2,51
2,22
1
2
1,91 32,35
0,76 36,45
3
8,61
8,29
сумма 1а
1
2
3 сумма
42,87 3,43 2,86 11,72 7,33 25,34
45,50 3,38 3,65 9,59 6,19 22,81
0-20
20-40
2,55
2,30
1,96 31,92
0,65 32,09
8,16
8,37
42,04
41,11
3,14 3,05 9,34 7,37
3,70 2,52 10,22 6,35
22,90
22,79
35,06
36,10
Навоз 120 т
0-20
20-40
2,71
2,38
2,14 31,07
1,30 37,64
7,97
9,73
41,18
48,67
3,10 3,32 10,43 7,97
3,57 4,33 4,75 4,54
24,82
17,19
34,00
34,14
Навоз 60 т +
солома 5 т + NPK**
0-20
20-40
2,71
2,49
2,36 28,71
1,29 34,45
8,49
8,01
39,56
43,75
3,09 4,06 10,77 8,34
3,33 3,62 8,67 6,47
26,26
22,09
34,18
34,16
Навоз 120 т +
солома 5 т + NPK
0-20
20-40
2,73
2,46
1,98 28,64 8,57
0,60 30,74 10,04
39,19
41,38
3,08 3,37 12,16 8,06
3,78 3,58 11,50 5,63
26,67
24,49
34,14
34,13
Торф 120 т +
солома 5 т + NPK
0-20
20-40
2,97
2,71
2,55 27,69 10,03
2,76 30,23 9,67
40,27
42,66
2,96 4,25 9,96 7,81
3,06 3,43 11,37 7,40
24,98
25,26
34,75
32,08
Солома 5 т + NPK
0-20
20-40
2,82
2,58
2,13 29,71
1,40 33,87
8,44
8,97
40,28
44,24
2,97 4,12
3,22 3,49
8,93
7,87
8,09
7,77
24,11
22,35
35,61
33,41
0-20
2,80
20-40
2,66
* - один раз за ротацию севооборота
** - под культуру
2,14 29,28
1,65 31,85
8,50
7,95
39,92
41,45
3,00 4,08
3,12 3,72
9,49
9,40
7,50
5,92
24,07
22,16
26,01
36,39
NPK
73
31,79
31,69
урожая возделываемых культур. В первый год после закладки опыта урожай
зеленой массы кукурузы повысился на 61-134 %. Наибольшие прибавки получены на вариантах с внесением навоза и торфа по 120т в смеси с соломой 5 т и
NРК. Минеральные удобрения в дозе N90P90K45 оказались более эффективными,
чем средние дозы органических удобрений. В последующие годы на вариантах
с разовым внесением высоких доз органических веществ урожай сельскохозяйственных культур повышался: вико-овсяной смеси - на 56-78%, озимой пшеницы - на 50-83% и зерна ячменя на 17-36%, т.е. на 4-й год их действия намного
снизилось. Наименьшие прибавки урожая возделываемых культур наблюдалось
при внесении отдельного навоза и соломы 5т с минеральными удобрениями.
Таким образом, в среднесмытом типичном черноземе при разовом внесении высоких доз навоза и торфа (60-120 т/га) в смеси с соломой 5т при ежегодном применении минеральных удобрений наблюдается увеличение содержания
гумуса, гумина, повышение биологической активности, резкое возрастание
урожая сельскохозяйственных культур. Разовое внесение высоких доз органических удобрений на эродированных почвах является высокоэффективным
приемом быстрого улучшения их свойств, противоэрозионной устойчивости и
плодородия.
2.5.2 Закономерности изменения содержания, состава и природы
лабильных гумусовых веществ в черноземах под влиянием различных
обработок почвы
Целенаправленное воздействие, управление и прогноз изменения гумусного состояния почв невозможны без количественной оценки влияния обработки почвы на содержание, состав и природу гумусовых веществ.
Скорость превращения и размеры минерализации органического вещества в пахотном слое почвы находятся в зависимости от глубины и интенсивности обработки почвы. Имеющиеся в литературе сведения о сравнительном анализе воздействия отвальной и плоскорезной обработки на содержание и состав
гумуса в черноземах весьма противоречивы (Кирюшин, Лебедева, 1972; Кирюшин, Лебедева, 1984; Никифоренко, 1985; Ромейко и др., 1985; Балаев, Бережняк, 1987; Холмов, Палецкая, 1988; Котоврасов, 1992; Храмцов, Кочегаров,
Безвиконный, 1992; Blevins R., Thomas G., Cornelius R., 1977; Gallaher R., Ferrer
M., 1987; Nico A., Aragon A., Chidiehino H., 2000).
Вопрос о влиянии способов обработки на содержание, состав и природу
лабильных гумусовых веществ - наиболее трансформируемой части гумуса, несмотря на имеющиеся работы, изучен еще недостаточно (Акентьева, Чижова,
1986; Горбачева, 1981; Володин, Масютенко, Юринская, 1988; Когут, Масютенко, 1990).
Проведенные нами исследования (Масютенко, Когут, Татошин, 1990) показали (табл. 33), что в зависимости от продолжительности применения обработок, севооборотов и внесения удобрений плоскорезная обработка по сравнению с отвальной вспашкой может или не вызывать значительных изменений в
содержании гумуса в черноземах, или же наблюдается тенденция к увеличению
74
33. Содержание гумуса в черноземе типичном слабосмытом при различных видах обработки почвы
Плоскорезная обработДостоверность различий
Вспашка
Слой
ка
при Р=0,95
Опыт
Почва
почвы
М±m
ζ
V
М±m
ζ
V
t0,95
tФАКТ значимость
Четырехпольный
Чернозем
0-10 5,13±0,13 0,32 6,4 5,24±0,05 0,13
2,4
2,23
1,55
нет
зернопропашной
типичный
10-20 5,08±0,04 0,11 2,2 5,15±0,03 0,08
1,5
2,23
1,53
нет
севооборот, без
слабосмытый 20-30 4,80±0,16 0,39 8,2 4,89±0,06 0,15
3,1
2,23
1,18
нет
удобрений, 9 лет
Четырехпольный
зернопропашной
Чернозем
0-10 5,38±0,02 0,05 0,9 5,53±0,04 0,11
2,0
2,23
3,03
да
севооборот, 45
типичный
10-20 5,24±0,04 0,10 1,9 5,31±0,07 0,15
2,9
2,23
0,98
нет
т/га навоза за ро- слабосмытый 20-30 4,96±0,17 0,42 8,5 5,07±0,15 0,34
6,7
2,23
0,32
нет
тацию, 9 лет
Четырехпольный
Чернозем
0-10 6,27±0,05 0,20 3,2 6,36±0,06 0,24
3,8
2,04
0,28
нет
зернопропашной типичный сла- 10-20 6,26±0,03 0,12 1,9 6,21±0,03 0,12
1,9
2,04
0,38
нет
севооборот, NPK
босмытый
20-30 6,08±0,10 0,40 6,6 6,02±0,04 0,16
2,7
2,04
0,13
нет
Чернозем
0-10 3,95±0,20 0,40 10,3 4,46±0,21 0,42
9,5
2,45
1,76
нет
южный
10-20 3,92±0,26 0,53 13,5 4,32±0,20 0,41
9,4
2,45
1,20
нет
Четырехпольный
карбонатный
20-30 3,81±0,21 0,43 11,3 3,98±0,24 0,48 12,1
2,45
0,53
нет
зернопропашной
севооборот, 20
Чернозем**
0-10 4,24±0,16 0,33 7,8 4,65±0,08 0,16
3,5
1,90*
2,24
да
лет
южный
10-20 3,93±0,12 0,24 6,0 4,53±0,10 0,21
4,7
2,45
3,77
да
карбонатный
20-30 3,89±0,11 0,23 5,8 4,20±0,14 0,28
6,7
2,45
1,71
нет
* при Р = 0,90
М – среднее арифметическое, %; m – ошибка среднего, %; ζ – дисперсия; V – коэффициент вариации, %.
** - внесение соломы после зерновых, 2 т/га
75
его количества в пахотном слое за счет существенного возрастания содержания
гумуса в верхнем 0-10 см слое почвы. Последнее отмечается на опытах с продолжительным воздействием плоскорезной обработки, при внесении органоминеральных удобрений, в севооборотах с травами.
Достоверных различий (при р=0,95) по содержанию гумуса в почве в слое
0-30 см между вариантами с отвальной вспашкой и плоскорезной обработкой
без внесения удобрений в 4-польных полевом опытах ( 4 и 9 лет) ВНИИЗиЗПЭ
и в 20-летнем полевом опыте ВНИИЗХ не установлено. Как указывает А.Е.
Горбачева (1981) после 5, 8, 19-летнего применения плоскорезной обработки на
черноземах обыкновенных увеличение содержания гумуса находится в пределах ошибки определения. Аналогичные данные по выщелоченным черноземам
получены В.И. Кирюшиным и И.Н. Лебедевой (1972, 1984) и на эродированном
черноземе Л.Н. Никифоренко (1985).
Тенденция к увеличению содержания гумуса в пахотном слое и достоверное увеличение содержание гумуса в слое 0-10 см при плоскорезной
обработке по сравнений со вспашкой (при р=0,90-0,95) наблюдается в черноземе типичном слабосмытом в 9-летнем опыте ВНИИЗиЗПЭ в 4-польном зернопропашном севообороте при внесении 45 т/га навоза за ротацию и в 20-летнем
опыте ВНИИЗХ в черноземе южном карбонатном при внесении соломы. Причем, в черноземе южном карбонатном существенные отличия в содержании гумуса на вариантах с различными обработками отмечаются и в слое 10-20 см
(2,45 t0,95<tФАКТ. 0,95=3,77), что связано с большими потерями гумуса в этом слое
на варианте со вспашкой. Потери гумуса за 20 лет на варианте со вспашкой (с
соломой) в слоях 0-10, 10-20, 20-30 см составляют, соответственно, 0,45%,
0,69%,0,56%, на вариантах с плоскорезной обработкой – 0,10%; 0,17%; 0%. Таким образом, потери гумуса при плоскорезной обработке в черноземе южном
карбонатном ~ в 4 раза, ниже, чем на вспашке.
В.И. Кирюшин и И.Н. Лебедева (1984) отмечают, что длительное применение плоскорезной обработки способствует увеличению содержания гумуса на
южных черноземах Северного Казахстана и Сибири в слое 0-10 см на 0,35% по
сравнению с отвальной вспашкой. Существенное увеличение содержания гумуса в слое 0-10 см отмечают Балаев А.Д., Бережняк М.Ф. (1987) в черноземе типичном (опыт УСХА в колхозе им. Жданова Полтавской области); Ромейко
И.Н., Плишко М.К., Битюкова Л.Б., Зиль Л.М. (1985) на черноземах мощных,
Храмцев И.Ф., Кочегаров И.Ф., Безвиконный Е.В. (1982) на черноземах выщелоченных.
Данные научной литературы свидетельствуют о том, что групповой состав гумуса (соотношение СГК : СФК) незначимо изменяется под влиянием обработок. Результаты наших исследований подтверждают это. Так соотношение
СГК : СФК в пахотном слое изученных черноземов типичных вне зависимости от
вида применяемых обработок (по схеме Пономаревой и Плотниковой) колеблется в пределах 1,8-2,3. Вместе с тем, некоторые исследователи (Никифоренко, 1985; Холмов, Палецкая, 1988; Шикула, Балаев, 1985) отмечают, что при отвальной обработке в составе гумуса увеличивается количество фульвокислот.
76
Установлено, что под влиянием плоскорезной обработки наблюдается
тенденция к увеличению (часто существенному) содержания лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) и лабильных гуминовых кислот (ЛГК) в поверхностном
слое 0-10 см по сравнению со вспашкой (табл. 34-35).
В первые 2-3 года применения обработок данная тенденция не всегда
проявляется. В наших опытах различия стали достоверными после 4-х лет применения плоскорезной обработки.
Выявлено, что степень и характер влияний обработок на содержание и
состав лабильных гумусовых веществ зависит также от вида севооборота, экспозиции склона. В 4-летнем многофакторном полевом опыте в зернопаропропашном севообороте достоверное увеличение содержания ЛГВ в слое 0-10 см
отмечается на водоразделе и склоне южной экспозиции, ЛГК - на водоразделе
(табл. 34). В почвах северных склонов через 4 года плоскорезная обработка еще
не вызывает существенного повышения содержания ЛГК в слое 0-10 см. В зернотравяном севообороте происходит достоверное возрастание содержания ЛГВ
и ЛГК под влиянием плоскорезной обработки на водораздельном плато в слое
0-10 см и на склоне северной экспозиции. На чистом пару влияние обработок на
ЛГВ и ЛГК отмечено на 3-й год действия.
Пространственное распределение содержания и состава лабильных гумусовых веществ в черноземе типичном слабоэродированном в полевом девятилетнем опыте в большинстве случаев оказалось далеким от нормального, поэтому данные обрабатывались методами непараметрической статистики: квантильным и критерием Вилкинсона-Манна-Уитни (Благовещенский, Дмитриев,
Самсонова, 1983; Гублер, 1978).
Анализ данных (табл.35) по содержанию лабильных гумусовых веществ
показал, что в слое 0-10 см имеется четко выраженная тенденция увеличения
содержания органического углерода щелочной вытяжки на плоскорезной обработке по сравнений со вспашкой. Характер вертикального распределения содержания лабильных гумусовых веществ на этих вариантах различный. Так если при плоскорезной обработке наблюдается их равномерное снижение вниз по
профилю, то на вспашке по содержанию этого показателя между слоями 0-10
см и 20-20 различий нет, а в слое 20-30 см происходит их резкое снижение. По
лабильным гуминовым кислотам отмечаются в основном те же закономерности, но выражены они в меньшей степени.
Дифференциация в пахотном слое содержания гумуса, лабильных гумусовых веществ, лабильных гуминовых кислот сходна с наблюдаемой дифференциацией по содержанию подвижных форм N, P, K при плоскорезной обработке (Чуян, Пыхтин, 1987; Лукьянчикова, 1977).
Накопление лабильных гумусовых веществ в верхней части пахотного
горизонта почвы при применении безотвальной обработки связывают с концентрацией там пожнивно-корневых остатков и удобрений.
77
34. Влияние обработки на содержание и состав лабильных гумусовых веществ типичного чернозема, С мг/кг
(многофакторный полевой опыт ВНИИЗиЗПЭ)
Плоскорезная
Достоверность разлиЭлемент рельефа,
Вспашка
Слой,
обработка
чий при р = 0,95
экспозиция, степень
Показатель
см
эродированности почвы
М
ζ
V, %
М
ζ
V, % tтеор tфакт значимость
Зернопаропропашной севооборот
0-10
3784 332
9
4201
237
6
2,2
4,3
да
СЛГВ
10-20 3874 314
8
4003
198
5
2,2
1,3
нет
Водораздельное плато
0-10
1658 165
10
2010
190
9
2,2 3,43
да
СЛГК
10-20 1574 219
14
1688
106
6
2,2
1,1
нет
0-10
3230 290
9
3694
367
10
2,2 2,44
да
СЛГВ
10-20 3176 392
12
3167
212
7
2,2 0,90
нет
Склон, северная экспозиция, слабосмытая
0-10
1660 156
9
1822
233
13
2,2 1,64
нет
СЛГК
10-20 1617 285
18
1821
70
7
2,2 2,08
нет
0-10
1010 148
15
1300
189
14
2,2 2,96
да
СЛГВ
10-20 1068 135
13
1249
164
13
2,2 2,09
нет
Склон, южная экспозиция,
слабосмытая
0-10
229
49
11
265
52
19
2,2 1,25
нет
СЛГК
10-20
257
50
20
321
57
17
2,2 2,22
да
Зернотравяной севооборот
0-10
3679 339
9
4185
275
7
2,2 2,85
да
СЛГВ
10-20 3896 581
15
4061
228
6
2,2 0,65
нет
Водораздельное плато, несмытая
0-10
1688 233
14
2054
224
11
2,2 2,81
да
СЛГК
10-20 1874 335
18
1855
202
11
2,2 0,12
нет
0-10
2367 213
9
3643
430
12
2,2 6,52
да
СЛГВ
10-20 2232 200
9
3302
556
17
2,2 4,44
да
Склон, северная экспозиция, слабосмытая
0-10
910
127
14
1852
474
26
2,2 4,30
да
СЛГК
10-20
906
166
18
1952
278
14
2,2 7,92
да
78
35. Содержание лабильных гумусовых веществ (СЛГВ) и лабильных
гуминовых кислот (СЛГК) в черноземе типичном (мг/кг почвы) в
зависимости от обработок почвы
(полевой опыт ВНИИЗиЗПЭ)
Квантили при α
Пока- Обработка
затель
почвы
0,15
0,25
0,50
0,75
0,85
Слой 0-10 см
1
2530 2900
3320
3810
4010
СЛГВ
2
3220 3280
3580
4010
4100
1
1710 1980
2320
2510
2620
СЛГК
2
1920 2160
2350
2590
2620
Слой 10-20 см
1
2690 3010
3530
3750
3900
СЛГВ
2
2950 3010
3260
3570
3980
1
1720 1790
2070
2410
2460
СЛГК
2
1760 1900
2220
2440
2740
Слой 20-30 см
1
2240 2340
2710
3430
3740
СЛГВ
2
2330 2640
2950
3400
3730
1
1370 1480
1940
2300
2720
СЛГК
2
1220 1520
1900
2340
2490
Примечание: 1 – отвальная обработка, 2 – безотвальная обработка
Анализ полученных данных, полученных совместно с В.Ю. Юринской
(табл.36) показывает, что увеличение содержания лабильных гуминовых кислот
в почве при плоскорезной обработке по сравнению со вспашкой на разных
склонах может отмечаться как при повышении (на южном), так и при снижении
биологической активности (на северном склоне). Это, вероятно, можно объяснить, рассмотрев процесс образования лабильных гумусовых веществ. По мнению Тюрина И.В. (цит. из Кононовой, 1972) 0,1 н NаОН вытяжкой из почвы извлекаются подвижные (лабильные) гумусовые вещества, которые состоят из
(молодых) новообразованных гумусовых веществ и фрагментов разрушенных
(старых) гумусовых веществ.
Механизм включения высокомолекулярных соединений растительных
остатков в гумусовые кислоты может быть следующим. С одной стороны (по
М.М. Кононовой, 1972), предполагается практически полный распад до "мономеров" и последующая их конденсация, с другой стороны, постепенная трансформация высокомолекулярных компонентов и их дериватов путем ароматизации и карбоксилирования (пo Л.И. Александровой, 1980). Д.С. Орлов (1974)
считает, что оба типа реакции проходят одновременно, но их вклад в процесс
гумификации зависит от уровня биологической активности почв. В почвах с
повышенной биологической активностью, если принять единую биохимическую гипотезу формирования свойств ГК и ФК и состава гумуса, можно
79
ожидать преобладания первого пути; в почвах с пониженной биологической активностью глубокий разлад остатков, вероятно, не происходит, но и в этом случае нет оснований полностью отрицать участие мономеров в процессах гумификации.
Для черноземов характерна повышенная биологическая активность. При
этом степень ее проявления зависит от применяемых обработок почвы (табл.
36).
Северная
Южная
Отвальная
Безотвальная
Минимальная
Отвальная
Безотвальная
Минимальная
Залежь
13,9
17,7
11,1
16,1
12,5
11,9
8,9
24,8
26,8
18,1
25,5
21,3
16,1
14,4
Грибы на среде Чапека, тыс/г сухой
почвы
Интенсивность разложения целлюлозы,
%
Выделение СО2 с поверхности почвы,
кг/га
8,1
8,4
8,4
13,4
12,0
9,7
7,6
Общее количество микроорганизмов в
гумусе на 1 см2
23,9
24,1
20,7
30,9
30,8
22,7
15,2
млн
МПА ПА
актиномицеты
КАА
% к вспашке
Обработка
почвы
Общее количество
микро-организмов
(МПА, ПА, КАА) в
почве на 1 см2
Численность микроорганизмов
(млн./г сухой почвы)
всего
Экспозиция склона
36. Биологическая активность чернозема типичного слабосмытого
(слой 0-30 см)
2009 100 37135 33,4 16,2 5,58
2305 115 42216 27,5 20,4 5,73
1781 91 31975 35,2 12,1 5,98
2393 100 41188 60,7 7,9 5,83
2151 90 37022 57,6 5,3 4,77
1749 73 30577 47,8 8,6 5,05
1039 43
—
42,4 —
—
Используя предложенный Д.С. Орловым механизм гумификации растительных остатков и возможности формирования лабильных гумусовых веществ
из 2-х фондов (по Тюрину), Б.М. Когутом совместно с Н.П. Масютенко предложен вероятный механизм пополнения лабильных гумусовых веществ как при
снижении биологической активности, так и при ее увеличении в почве склонов
разной экспозиции. При увеличении биологической активности (Масютенко,
Когут, Татошин, 1990) в большей степени происходит минерализация негумифицированного органического вещества или поступающих растительных остатков с иммобилизацией высвобождаемого из них азота микроорганизмами,
80
вызывающими трансформацию части гумуса, что приводит к увеличению содержания лабильных гумусовых веществ в почве за счет новообразованных гумусовых веществ и фрагментов разрушенного стабильного гумуса. В условиях
недостаточного поступления свежего органического вещества в почву и недостаточного количества в ней негумифицированного органического вещества
увеличение содержания лабильных гумусовых веществ происходит за счет более интенсивного распада стабильного гумуса.
При снижении биологической активности существенную роль может играть частичное разложение растительных остатков (на стадии высокомолекулярных органических соединений), приводящее к дополнительному формированию лабильных гумусовых веществ. Впервые нами изучено влияние способов обработки на элементный состав лабильных гуминовых кислот слабоэродированного типичного чернозема. До сих пор сведений в литературе по этому
вопросу не было.
Установлено, что содержание С в лабильных гуминовых кислотах находится в основном в пределах 47-58 мас.%, а N - 5,3-6,5 мас.% (в расчете на абсолютно беззольное вещество) и не выходит за рамки предложенных
Д.С. Орловым количественных уровней этих признаков для почвенных гуминовых кислот (табл. 37).
Выявлено, что вверх по склону от нижней его части к верхней в пахотном
слое (0-30 см) наблюдается возрастание содержания азота лабильных гуминовых кислот, т.е. там, где более выражены эрозионные процессы, уровень этого
показателя будет ниже. Четких различий между вариантами отвальной вспашки
и плоскорезной обработки по содержанию в лабильных гуминовых кислотах С,
Н, О не обнаружено. По содержанию азота выявлены некоторые особенности,
связанные как с влиянием способа обработки, так и со степенью эродированности склона. Так, в отличие от вариантов с плоскорезной обработкой, содержание азота в массовых процентах (табл. 77) на вспашке в слое 0-10 см достоверно выше (Р = 0,99 парный, разностный метод. Доспехов, 1985). Подобные различия между этими вариантами отмечаются при сравнении данных по содержанию азота, выраженные в атомных процентах.
Пo данным С.М. Аксенова и Н.А. Туева (1983) при плоскорезной обработке увеличивается коэффициент гумификации растительных остатков (метод
изотопной индикации) на 24,5% (дерново-подзолистые супесчаные почвы), а
следовательно, и количество новообразованных гуминовых кислот, входящих в
лабильные гумусовые вещества, что подтверждается нашими исследованиями.
Количество же азота, поступающего в почву на вариантах со вспашкой и безотвальной обработкой, примерно одинаковое.
По данным З.И. Лукьянчиковой (1978) при плоскорезной обработке в
почве наблюдалось уменьшение содержания N-NO3. Исследователь связывает
это с интенсивным разложением стерни в верхнем слое, что приводит к временному связыванию минерального N почвы микроорганизмами.
81
37. Элементный состав лабильных гуминовых кислот черноземов
С
N
Н
О
ЗольЧасть
Почва
Обработка Глубина
ность,
склона
мас.%
%
нижняя 52,03 5,48 4,51 37,98 1,1
48,26 5,70 5,32 40,72 9,7
0-10 средняя 52,56 5,98 5,05 36,41 3,0
верхняя 52,86 6,29 5,13 35,72 5,1
52,36 6,13 5,22 36,29 2,8
Вспашка
нижняя 48,62 5,35 5,03 41,00 8,0
50,37 5,88 5,22 38,53 7,5
10-20 средняя 53,49 5,80 4,92 35,79 1,7
верхняя 50,15 5,91 5,24 38,70 3,8
Чернозем
47,72 6,49 5,01 40,78 1,4
типичный
слабосмынижняя 48,66 5,35 5,05 40,94 7,1
тый
50,86 5,61 4,88 38,66 3,4
0-10 средняя 48,57 5,88 5,46 40,09 9,2
верхняя 48,50 6,10 5,52 39,88 9,2
Плоскорез58,09 6,06 4,95 30,90 2,5
ная
нижняя
обработка
48,49 5,49 5,13 40,89 6,5
50,92 5,71 4,84 38,53 5,8
10-20 средняя
50,19 5,79 5,13 39,18 4,7
верхняя
48,12 6,13 5,09 40,66 1,2
Чернозем
карбонатный южный
Вспашка
Плоскорезная
обработка
0-10
плакор 49,65 4,89 5,21 40,25
3,0
0-10
плакор 52,04 3,97 5,54 38,09
2,5
Следовательно, при продолжительном воздействии плоскорезной обработки без достаточного внесения минеральных и органических удобрений в
почве отмечается, с одной стороны, снижение содержания N-NO3, с другой,
уменьшение содержания N в элементном составе лабильных гуминовых кислот
при увеличении их (ЛГК) количества. Можно предположить, что меньшее содержание N в лабильных гуминовых кислотах почвы при плоскорезной обработке по сравнению со вспашкой связано с недостаточным количеством N в
почве. Это дает основание рекомендовать при плоскорезной обработке повышенные дозы азотных удобрений (в минеральной или органической форме).
Таким образом, при вспашке в пахотном слое почвы происходит равномерное распределение гумуса и его активной части лабильных гумусовых веществ. При плоскорезной обработке максимальная концентрация лабильных
гумусовых веществ отмечается и 0-10 см слое и достоверно превосходит таковую при вспашке. Очевидно, что при различных приемах основной обработки
82
почв существенное влияние на распределение гумуса и лабильных гумусовых
веществ в пахотном слое оказывают условия заделки и распределения послеуборочных остатков. Степень дифференциации лабильных гумусовых веществ
в пахотном слое при плоскорезной обработке в 0-10 см слое по сравнению со
вспашкой выражена более значительно, чем общего содержания гумуса.
Выявлено, что степень и характер влияния плоскорезной обработки по
сравнению со вспашкой на содержание и состав гумуса и лабильных гумусовых
веществ зависит от продолжительности применения обработки, вида севооборота, экспозиции склона, внесения органо-минеральных удобрений.
Установлено, что под влиянием плоскорезной обработки в верхней части
обрабатываемого слоя наблюдаются изменения в элементном составе лабильных гуминовых кислот. Содержание азота в лабильных гуминовых кислотах на
плоскорезной обработке в слое 0-10 см чернозема типичного было достоверно
ниже, чем таковое на отвальной вспашке.
2.5.3. Оценка воздействия элементов системы земледелия на компоненты
органического вещества черноземов
В многофакторном полевом опыте на основе информационнологического (n = 36) и дисперсионного анализов проведена оценка взаимосвязи
компонентов органического вещества чернозема типичного с элементами системы земледелия.
Анализируя связь между показателями гумусного состояния почвы и
элементами систем земледелия, следует отметить, что влияние севооборотов,
удобрений и обработок (табл. 38) на содержание в почве гумуса больше проявляется в слое 10-20 см; лабильных гуминовых кислот в слое 0-10 см; лабильных
гумусовых веществ в слоях 0-10 и 10-20 см. Наблюдается наибольшая связь
между севооборотами, внесением удобрений, обработками почвы и лабильными гумусовыми веществами.
По тесноте связи с элементами системы земледелия показатели гумусного
состояния почв располагаются в следующей последовательности: негумифицированное органическое вещество > лабильные гумусовые вещества > лабильные гуминовые кислоты > гумус; соответственно коэффициенты эффективности передачи информации равны 0,10-0,38; 0,13-0,36; 0,002-0,17; 0,002-0,11.
Следовательно, агротехника (обработка, удобрения и севообороты) влияют
преимущественно на лабильную часть гумусовых веществ и меньше на общее
содержание гумуса. Поэтому воздействие элементов систем земледелия на лабильные гумусовые вещества есть основной способ регулирования гумусного
состояния почв.
Связь показателей гумусного состояния почв с органо-минеральными
удобрениями теснее и устойчивее (К = 0,05-0,17),чем с видами обработок (К =
0,002-0,13). Наибольшее влияние на содержание в почве лабильных гумусовых
веществ оказывают севообороты (К = 0,11-0,39).
На основе двойного канала связи установлено, что влияние обработок на
удобренном фоне при вспашке на содержание в почве лабильных гумусовых
83
38. Оценка связи между элементами систем земледелия и показателями
гумусного состояния почв
Количество Коэффициент эффекГлубина,
Фактор
Явление
информации, тивности передачи
см
бит
информации
Севообороты
0,36
0,36
Обработка
0-10
0,13
0,13
ЛГВ
Удобрения*
0,17
0,17
Севообороты
0,39
0,39
Обработка
10-20
0,13
0,13
Удобрения
0,16
0,16
Обработка
0,07
0,07
Удобрения
0-10
0,15
0,15
Севообороты
0,18
0,17
ЛГК
Обработка
0,002
0,002
Удобрения
10-20
0,05
0,05
Севообороты
0,17
0,15
Севообороты
0,11
0,11
Обработка
0-10
0,002
0,002
Удобрения
0,08
0,08
Г
Обработка
0,08
0,08
Удобрения
10-20
0,09
0,09
Севообороты
0,12
0,11
Севообороты
0,40
0,38
Удобрения
НВ
0-20
0,12
0,10
Обработка
0,15
0,15
Примечание: *органо-минеральные удобрения – 48 т/га навоза 1 раз за ротацию
и NPK под культуру ежегодно
веществ снижается, так как, хотя каждый из рассматриваемых факторов в рамках анализируемой системы имеет относительно явления прямую информацию,
некоторая часть информации имеет косвенный характер и является продуктом
их взаимосвязи. Поэтому при изучении комплексного влияния элементов систем земледелия на гумусное состояние почв необходимо это учитывать.
На основе определения логического характера связей между аргументами
и степени их влияния на функцию (Пузаченко, Карпачевский, Взнуздаев, 1970)
составлены информационно-логические модели зависимости показателей гумусного состояния чернозема типичного от удобренности, севооборотов и вида
обработок почвы (табл.39).
Подставляя в модели, представленные в таблице 39 уровни удобренности
и виды обработок, можно прогнозировать уровни содержания гумуса, лабильных гумусовых веществ и лабильных гуминовых кислот.
84
39. Информационно-логические модели зависимости показателей
гумусного состояния от удобрений (У) и обработки почв (0),
севооборотов (С)
Показатели
Глубина, см
Модели
0-10
Г = С ۷У
Гумус (Г)
10-20
Г=С۷У 0
Лабильные гумусовые
вещества (ЛГВ)
Северная
экспозиция
Южная
экспозиция
Лабильные гуминовые кислоты (ЛГК)
Негумифицированное органическое
вещество (НВ)
0-10
10-20
0-10
10-20
0-10
10-20
ЛГВ = С۷ У ^ 0
ЛГВ = С ۷ У ۷ 0
ЛГВ = У ^ С ^ О
ЛГВ = С ۷ У ^ О
ЛГК = У ۷ (0)
ЛГК ۷ У
0-20
НВ = С ۷ 0
У
Проведена оценка влияния культуры и внесения органо-минеральных
удобрений на компоненты органического вещества чернозем типичного
(табл. 40). Установлено существенное влияние культуры на все изучаемые
40. Оценка влияния культуры и внесения удобрений на компоненты
органического вещества чернозема типичного
Культура
Внесение ОМУ
Оценка
Оценка
Компоненты
Слой
сущесущесторганического
почвы,
ственFФ
FТ
венности
FФ
FТ
вещества почвы
см
ности
при
при
Р = 0,95
Р = 0,95
0-10
10,69 3,93
да
2,94 4,41
нет
Гумус, %
10-20
9,59 2,93
да
8,44 4,41
да
0-10
6,48 2,93
да
0,62 4,41
нет
ЛГВ, мг/кг
10-20
3,52 2,93
да
1,60 4,41
нет
0-10
14,68 2,93
да
6,92 4,41
да
ЛГВ, %
10-20
9,32 2,93
да
11,23 4,41
да
0-10
9,02 2,93
да
4,05 4,41
нет
ЛГК, мг/кг
10-20 17,02 2,93
да
0,23 4,41
нет
0-10
7,74 2,93
да
5,58 4,41
да
ЛГК, %
10-20 35,33 2,93
да
10,47 4,41
да
Запасы негумифицированного орга- 0-10
57,33 2,93
да
21,38 4,41
да
нического вещест- 10-20 12,38 2,93
да
11,25 4,41
да
ва, т/га
85
показатели. Воздействие органо-минеральных удобрений проявляется больше
на активной части органического вещества почвы. Влияние удобрений на гумус
несущественно в слое 0-10 см.
Выявляется значимое влияние удобрений на состав лабильных гумусовых
веществ (ЛГВ), выраженных в относительных единицах, т.е. в процентах к органическому углероду почвы. Следовательно, большую информативность несут
данные о составе ЛГВ, выраженные в процентах. На запасы негумифицированного органического вещества оказывает существенное влияние и культура, и
внесение органо-минеральных удобрений.
Таким образом, количественно установлено, что элементы системы земледелия преимущественно влияют на лабильные компоненты органического
вещества почвы: лабильные гумусовые вещества, лабильные гуминовые кислоты, негумифицированное органическое вещество. По степени влияния на состав
органического вещества чернозема типичного элементы системы земледелия
можно расположить в следующей последовательности: севообороты > удобрения > обработка почвы.
Следует отметить, что севообороты существенно влияют на запасы в почве негумифицированного органического вещества, содержание и воспроизводство гумуса и лабильных гумусовых веществ, органоминеральные удобрения –
на лабильные гумусовые вещества, их состав, воспроизводство гумуса; обработка почвы – на количество негумифицированного органического вещества и
качественный состав лабильных гумусовых веществ.
2.6. Оценка связи содержания и состава гумусовых веществ чернозема
типичного с численностью, жизнедеятельностью микроорганизмов и
урожаем зерновых культур
Развитие учения о микробиологических процессах трансформации органического вещества в почве связана с работами таких известных ученых как
С.А. Ваксман (1937), В.Р. Вильямс (1914, 1947), И.В. Тюрин (1937),
М.М. Кононова (1949, 1951, 1963), И.В. Александрова (1953), Ж. Помон, Г. де
Баржак (1960), Flaig W., Haider K. (1968), Л.Н. Александрова (1980), Д.Г. Звягинцев (1987), Д.С. Орлов (1990) и многими другими именами.
Гумусовые вещества в почве выполняют энергетическую, питательную,
структурообразовательную, защитную и регуляторную функции. Лабильные
гумусовые вещества и воднорастворимый гумус как наиболее молодые и непрочносвязанные с минеральной частью почвы в значительной мере подвержены биологической деградации и являются питательным и энергетическим субстратом для микроорганизмов, а также одним из ближайших резервов питательных элементов для растений. Они играют важную роль в обеспечении экологических условий для жизни микроорганизмов и сельскохозяйственных растений. Последние тоже оказывают большое влияние на среду своего обитания.
Поэтому для оптимизации экологического состояния почв посредством регулирования режима органического вещества и биологической активности, разра86
ботки управляющих воздействий важное значение имеет изучение связи между
содержанием гумуса, лабильных его форм в почве, биологической активностью
и урожаем сельскохозяйственных культур.
Вопросы о количественной связи гумуса и наиболее трансформируемой
части гумусовых веществ с различными группами микроорганизмов изучены
недостаточного (Александрова, 1953; Никитин, 1960; Берестецкий, Зубец, 1981;
Масютенко, Юринская, 1990; Котлярова, Кудашов, 1999; Гейдебрехт, 1999 и
др.). Урожай культур связан не столько с общим содержанием гумуса в почве,
сколько с его активной, постоянно меняющейся частью. На это указывали еще
М.М. Егоров (1938) и И.В. Тюрин (1965). Особую актуальность рассматриваемые вопросы приобретали в последние годы. Данных в этом плане пока мало.
По исследованиям Г.Я. Чесняка (1980) с содержанием лабильных гумусовых
веществ в черноземе типичном тесно связан урожай сахарной свеклы (коэффициент корреляции 0,78 ± 0,16) и нитрификационная способность почвы (коэффициент корреляции 0,82 ± 0,14).
Связь гумусовых веществ чернозема типичного с численностью микроорганизмов изучалась совместно с микробиологом к.б.н. В.Ф. Юринской (Масютенко, Юринская, 1990). На основе корреляционного анализа установлена прямая связь между содержанием общего гумуса, составом лабильных гумусовых
веществ и количественным и качественным составом микробиоценоза в черноземе типичном. В таблице 41 приведены данные по связи показателей гумусного состояния чернозема типичного с численностью (десятичный логарифм) некоторых групп микроорганизмов.
Наиболее тесная связь отмечается между содержанием гумуса и микрофлорой, обусловливающей азотный режим почвы (КАА, МПА), r = 0,66-0,76
при Р = 0,95. Варьирование численности этих микроорганизмов в почве на 4458% связано с варьированием содержания гумуса. Существенная связь наблюдается между жизнедеятельностью микробов, выделяемых на нитритном агаре,
и содержанием общего гумуса в почве и несущественная с качественным составом лабильных гумусовых веществ.
Обращает на себя тесная связь ЛГВ и ЛГК с грибами (r = 0,79, r = 0,77).
Возможно, отмирающие грибы являются одним из источников образования лабильных гумусовых веществ. Варьирование численности грибов в черноземе
типичном на 59-62% определяется изменчивостью содержания в нем лабильных гумусовых веществ и лабильных гуминовых кислот. Средняя связь (r =
0,69) ЛГВ и ЛГК отмечается с численностью микроорганизмов, усваивающих
минеральные формы азота (на КАА). А с численностью микроорганизмов, преимущественно усваивающих органические формы азота (r = 0,63), средне связан качественный состав ЛГВ (СЛГК : СЛФК). Причем, в этой связи со стороны
ЛГВ определяющую роль играют лабильные кислоты, так как связь с лабильными гуминовыми кислотами слабая. Можно предположить, что именно органически связанный азот из лабильных фульвокислот потребляют данные микроорганизмы.
87
41. Корреляционная связь между некоторыми показателями
состава гумусовых веществ чернозема типичного и численностью микроорганизмов (десятичный логарифм)
ПоказаКритерий сущесттели
Коэффи- Коэффивенной разницы
ЗначигумусЧисленность
циент
циент
мость
ного со- микроорганизмов корреля- детертеоретирасчетный
стояния
ции
минации
ческий
почвы
Численность
микроорганизмов
на средах:
0,76
0,58
4,47
2,13
сущ.
Общий КАА
Нитритный агар
0,71
0,51
3,94
-//сущ.
гумус
МПА
0,66
0,44
3,47
-//сущ.
Актиномицеты
0,53
0,28
2,40
-//сущ.
Грибы
0,42
0,18
1,83
-//не сущ
Численность
микроорганизмов
на средах:
КАА
0,69
0,48
2,69
2,13
сущ.
ЛГВ
Нитритный агар
0,52
0,27
1,72
-//не сущ
Актиномицеты
0,33
0,11
0,99
-//не сущ
Грибы
0,79
0,62
3,64
-//сущ.
Численность
микроорганизмов
на средах:
КАА
0,69
0,48
2,69
2,13
сущ.
ЛГК
Капустный агар
0,54
0,29
1,81
-//не сущ
Актиномицеты
0,32
0,10
0,95
-//не сущ
Грибы
0,77
0,59
3,41
-//сущ.
Численность
микроорганизмов
СЛГК
на средах:
СЛФК
МПА
0,63
0,40
3,15
2,13
сущ.
Нитритный агар
0,37
0,14
1,54
не сущ
На основе информационного анализа выявлена и оценена связь между
ЛГВ, ЛГК и нитрификационной способностью чернозема типичного, численностью грибов и выделением СО2 из почвы. Следует отметить, что теснота связи между ЛГВ и изучаемыми показателями биологической активности выше,
чем с ЛГК, что свидетельствует о большем влиянии ЛГВ на рассматриваемые
показатели по сравнению с ЛГК. Коэффициенты эффективности передачи ин88
формации между ЛГВ, ЛГК и нитрификационной способностью почвы равны
соответственно 0,23 и 0,11.
В рамках анализируемой системы почвы – растение на основе информационного анализа выявлена и оценена связь между содержанием общего гумуса, ЛГВ, ЛГК, фульвокислотами и урожаем и продуктивностью ячменя (табл.
42). Наиболее высокая связь отмечена между урожаем, продуктивностью ячменя и содержанием ЛГК. Коэффициенты эффективности передачи информации
соответственно равны 0,26-0,21. С остальными показателями связь слабее, но
значимая.
Исследования на посевах озимой пшеницы показали в отличии от ячменя
более тесную связь продуктивности, урожая и качества зерна этой культуры с
содержанием в почве общего гумуса (табл. 43). Это может быть следствием более длительного воздействия факторов почвенного плодородия на формирование урожая озимой пшеницы – культуры с продолжительным периодом вегетации (280 дней против 80 дней у ячменя). Этим же можно объяснить высокие
требования озимой пшеницы к почве. Высевается она на плодородных полях
после хороших предшественников.
42. Оценка связи между продуктивностью, урожаем ячменя и некоторыми
показателями гумусного состояния почвы
Продуктивность*
Урожай
Коэффициент
Коэффициент
Количество
Количество
Показатели
эффективноэффективноинформации,
информации,
сти передачи
сти передачи
бит
бит
информации
информации
Лабильные
гуминовые ки0,33
0,21
0,42
0,26
слоты
Общий гумус
0,12
0,08
0,11
0,07
Лабильные
гумусовые
0,07
0,05
0,07
0,04
вещества
Лабильные
фульвокисло0,09
0,07
0,07
0,04
ты
Примечание: под продуктивностью подразумевается продуктивность биологическая, т.е. наземная биомасса, производимая на единице площади за единицу
времени.
Культура требовательна и к гидротермическому режиму почвы, который,
как известно, также в значительной мере определяется степенью ее гумусированности. Аналогичные результаты получены Т.И. Панковой (Панкова, Масютенко, 1999).
89
Следовательно, из полученных данных вытекает, что влияние гумуса на
формирование урожая различных сельскохозяйственных культур неоднозначно.
Существенная связь отмечается между урожаем, качеством зерна, продуктивностью озимой пшеницы с содержанием в почве водорастворимого гумуса (табл. 43). Установлено, что степень взаимосвязи между урожаем и
43. Оценка связи между содержанием в почве общего и водорастворимого
гумуса и урожаем, продуктивностью, качеством зерна озимой пшеницы
Общий гумус
Водорастворимый гумус
Коэффициент
Коэффициент
Количество
Количество
Показатели
эффективноэффективноинформации,
информасти передачи
сти передачи
бит
ции, бит
информации
информации
Урожай
0,22
0,14
0,28
0,16
Продуктивность
0,39
0,25
0,16
0,08
Качество зерна
(содержание
0,27
0,18
0,12
0,09
белка)
продуктивностью озимой пшеницы и показателями гумусного состояния почв
(общий гумус, содержание лабильных гумусовых веществ и лабильных гуминовых кислот) изменяются в зависимости от удобренности почвы, вида обработки, глубины изучаемого слоя почвы (табл. 44-45).
44. Оценка связи между урожаем (У) и продуктивностью (П)
озимой пшеницы и показателями гумусного состояния почвы
КоэффициКоэффициент
Количестент эффекКоличестФактор –
Фактор –
эффективново инфор- тивности пево инфорявление
явление
сти передачи
мации, бит редачи инмации, бит
информации
формации
1
2
3
4
5
6
Без удобрений 0-10 см
Гумус – У
0,05
0,05
Гумус -П
0,20
0,21
ЛГВ – У
0,31
0,32
ЛГВ- П
0,09
0,10
ЛГК - У
0,07
0,07
ЛГК - П
0,25
0,26
Без удобрений 10-20 см
Гумус – У
0,14
0,14
Гумус - П
0,10
0,10
ЛГВ – У
0,04
0,05
ЛГВ - П
0,09
0,09
ЛГК - У
0,13
0,14
ЛГК - П
0,07
0,08
90
1
2
Гумус – У
ЛГВ – У
ЛГК - У
0,31
0,11
0,01
Гумус – У
ЛГВ – У
ЛГК - У
0,12
0,04
0
Гумус – У
ЛГВ – У
ЛГК - У
0,05
0,04
0,04
Гумус – У
ЛГВ – У
ЛГК - У
0,01
0,01
0,11
Гумус – У
ЛГВ – У
ЛГК - У
0,14
0,10
0,10
Гумус – У
ЛГВ – У
ЛГК - У
0,13
0,05
0,07
3
4
5
С удобрениями 0-10 см
0,31
Гумус - П
0,10
0,11
ЛГВ - П
0,11
0,01
ЛГК - П
0,16
С удобрениями 10-20 см
0,13
Гумус - П
0,08
0,14
ЛГВ - П
0
ЛГК - П
0,01
Плоскорезная обработка, 0-10 см
0,05
0,04
0,04
Гумус - П
ЛГВ - П
ЛГК - П
0,10
0,04
0,09
Вспашка, 0-10 см
0,01
Гумус - П
0,14
0,01
ЛГВ - П
0,16
0,11
ЛГК - П
0,02
Плоскорезная обработка, 10-20 см
0,16
Гумус - П
0,04
0,10
ЛГВ - П
0,10
0,10
ЛГК - П
0,03
Вспашка, 10-20 см
0,14
Гумус - П
0,04
0,05
ЛГВ - П
0,01
0,07
ЛГК - П
0,09
6
0,10
0,11
0,17
0,09
0,01
0,10
0,04
0,10
0,14
0,17
0,02
0,04
0,10
0,03
0,04
0,01
0,10
Наибольшее влияние гумуса (Г) на урожай озимой пшеницы отмечается
при плоскорезной обработке и на вариантах с удобрениями в слое 0-10, 1020 см, на неудобренных участках – в слое 10-20 см, лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) и лабильных гуминовых кислот (ЛГК) при вспашке и на неудобренном фоне в слое 0-10 см (табл. 45).
Наибольшая связь продуктивности озимой пшеницы (К Э = 0,09-0,25) выявлена при плоскорезной обработке с ЛГК в слое 0-10 см, с ЛГВ – в слое 10-20
см; при вспашке – с ЛГВ в слое 0-10 см, с ЛГК в слое 10-20 см; на неудобренном
фоне – с ЛГК и Г в слое 0-10 см, с ЛГВ и ЛГК в слое 10-20 см; на удобренном
фоне – с ЛГК в слое 0-10 см и с Г в слое 10-20 см.
На основе определения логического характера связей (табл. 45) между аргументами и степени их влияния на функцию (Пузаченко, Карпачевский,
Взнуздаев, 1970) составлены информационно-логические модели зависимости
урожая и продуктивности озимой пшеницы от гумусного состояния черноземов.
91
Подставляя в модели, представленные на таблице 45, ранги значений, соответствующие показателям гумусного состояния почвы можно прогнозировать уровень урожайности озимой пшеницы.
45. Информационно-логические модели зависимости урожая (У) и
продуктивности (П) озимой пшеницы от показателей гумусного
состояния черноземов
Фон
Глубина, см
Модели
У = ЛГК ^ ЛГВ
0-10
П = ЛГВ ۷ (Г ^ ЛГК)
Без учета фона
10-20
У = ЛГВ ۷ (Г)
П = ЛГВ ۷ (Г ۷ЛГК)
У = Г ^ ЛГВ ^ ЛГК
0-10
П = ЛГК ^ (ЛГ۷ Г)
Плоскорезная обработка
10-20
У = Г ^ (ЛГВ ^ ЛГК)
П = ЛГВ ۷ (Г ^ЛГК)
У = ЛГК
0-10
П = ЛГВ ^ (ЛГК ^ Г)
Вспашка
10-20
У = Г ۷ (ЛГК ۷ ЛГВ)
П = ЛГК ۷ (ЛГВ ^ Г)
У = ЛГВ ^ (ЛГК ۷ Г)
0-10
П = ЛГК ۷ Г ^ ЛГВ
Без удобрений
10-20
У = Г ۷ ЛГК ۷ (ЛГВ)
П = Г ۷ ЛГК
У = Г ۷ (ЛГВ)
0-10
П = ЛГК ۷ (ЛГВ ۷ Г)
С удобрениями
10-20
У = Г ۷ (ЛГВ)
П=Г
На основе корреляционного и регрессионного анализов установлены статистические модели зависимости урожая озимой пшеницы от параметров гумусного состояния.
Статистические модели зависимости урожая сельскохозяйственных культур от параметров гумусного состояния чернозема типичного
Для слоя 0-10 см
У = -19,94 + 6,89 ·Г – 0,004 ·ЛГВ + 0,0014 ·ЛГК
К мн. рег. = 0,45
Для слоя 10-20 см
У = -71,63 + 9,01 ·Г – 0,0062 ·ЛГВ + 0,0018 ·ЛГК
К мн. рег. = 0,57
Для слоя 0-20 см
У = -58,31 + 10,53 ·Г – 0,008 ·ЛГВ + 0,0027 ·ЛГК
К мн. рег. = 0,37
92
ПРИ ОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ: для слоя 0-10 см
У = -7,6 + 4,44 ·Г – 0,0027 ·ЛГВ + 0,0036 ·ЛГК
К мн. рег. = 0,83
Для слоя 10-20 см
У = 56,88 + 9,65 ·Г – 0,0019 ·ЛГВ + 0,0024 ·ЛГК
К мн. рег. = 0,67
Для слоя 0-20 см
У = 24,06 + 1,1634 ·Г – 0,0002 ·ЛГВ + 0,0077 ·ЛГК
К мн. рег. = 0,61
ПРИ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ для слоя 0-10 см
У = -312,83 + 53,03 ·Г – 0,0068 ·ЛГВ + 0,0304 · ЛГК
К мн. рег. = 0,84
Для слоя 10-20 см
У = -280,80 + 32,50 ·Г – 0,0192 ·ЛГВ + 0,032 ·ЛГК
К мн. рег. = 0,95
Для слоя 0-20 см
У = -268,86 + 39,86 ·Г – 0,0107 ·ЛГВ + 0,0155 · ЛГК
К мн. рег. = 0,86
При проведении корреляционного и регрессионного анализов на всем
массиве данных без разделения в зависимости от обработки почвы (первые три
модели) выявлены средние и низкие коэффициенты множественной регрессии.
При дифференцированном подходе с учетом обработки почве рассматриваемые
коэффициенты увеличиваются в слое 0-10 см в 1,8-1,9 раз, 10-20 см в 1,2-1,7
раз, 0-20 см в 1,6-2,3 раза. Исследования показали, что характер и степень
взаимосвязи между урожайности озимой пшеницы и показателями гумусного
состояния почвы неоднозначны и меняются в зависимости от вида обработок и
глубины изучаемого слоя. Наибольшая теснота связи отмечается при вспашке в
0-10 см, слое при безотвальной обработке в 10-20 см.
Связь показателей гумусного состояния почв с урожаем и продуктивностью культур в слое 0-20 см по сравнению со слоями 0-10 и 10-20 см в большинстве из рассматриваемых случаев ослабевает на 10-35%. Коэффициенты
множественной корреляции урожая и продуктивности озимой пшеницы с показателями гумусного состояния почв на 27% выше для слоя 10-20 см, чем для
слоя 0-10 см.
Таким образом, количественно оценена корреляционная связь гумусовых
веществ с количественным и качественным составом микробоценоза в черноземе типичном. Наиболее тесная связь содержания общего гумуса выявлена с
микрофлорой, обуславливающей азотный режим почвы. С содержанием лабильных гумусовых веществ и лабильных гуминовых кислот тесно связана
численность грибов в почве и микроорганизмов, усваивающих минеральные
93
формы азота, а с содержанием лабильных фульвокислот – микроорганизмы,
преимущественно усваивающие органический азот.
На основе информационно-логического анализа в рамках анализируемой
системы выявлена и оценена связь между лабильными формами гумусовых веществ и жизнедеятельностью микроорганизмов, а также между составом гумусовых веществ в черноземе типичном и урожаем, продуктивностью ячменя и
озимой пшеницы. Из изучаемых показателей на урожай и продуктивность ячменя большее влияние оказывают лабильные гуминовые кислоты, а озимой
пшеницы – гумус. Установлено, что качество зерна озимой пшеницы в большей
степени зависит от содержания в черноземе типичном общего гумуса, чем водорастворимого. Выявлено, что лабильные гумусовые вещества оказывают
большее влияние на показатели биологической активности, чем лабильные гуминовые кислоты.
Характер и степень взаимосвязи урожайности и продуктивности озимой
пшеницы с показателями гумусного состояния почв зависят от удобренности,
вида обработки, глубины изучаемого слоя почвы, и это необходимо учитывать
при использовании результатов для разработки моделей управления воспроизводством гумуса в черноземах.
Рассматриваемые вопросы и полученные результаты имеют важное значение для управления и оптимизации гумусного состояния черноземов, повышения урожаев и качества зерна озимой пшеницы и ячменя.
Глава 3. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ВОСПРОИЗВОДСТВОМ ОРГАНИЧЕСКОГО
ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ
Эта глава является результирующим итогом первых глав. Рассмотрение
многокомпонентной системы органического вещества почвы с агрономической
и термодинамической позиций, ее устойчивости и изменчивости под влиянием
природных и агрогенных факторов, связь гумусовых веществ с жизнедеятельностью микроорганизмов и урожаем сельскохозяйственных культур, позволило
подойти к решению актуальной проблемы агропочвоведения, земледелия и
экологии – управление воспроизводством органического вещества черноземов,
обеспечивающим сохранение и повышение почвенного плодородия, получение
заданных урожаев сельскохозяйственных культур, устойчивость агроэкосистемы, экологическую безопасность агроландшафта.
3.1 Теоретические основы и принципы управления воспроизводством
органического вещества почвы
В системе факторов почвенного плодородия органическому веществу
почвы принадлежит особое место. Функционально разнообразная и одновременно глобальная роль органического вещества определяется тем обстоятель94
ством, что в основе нормального функционирования любых экосистем лежат
процессы продуцирования, трансформации и транспорта органического вещества – основного носителя высококачественной энергии.
То, что к системе гумусовых веществ в почве приложимы все предикаты
диссипативных систем, доказал В.И. Ионенко (1986), используя данные
М.И. Дергачевой (1989, 1990), с помощью аппарата Лотки-Вольтерры. К диссипативным относятся такие системы, структура которых образуется и сохраняется благодаря обмену энергией и веществом с внешней средой в неравновесных
условиях. При этом за счет постоянного потока вещества и энергии, приходящего через систему, образуется и поддерживается упорядоченная структура,
которая в рассматриваемой системе может представлять матрицу или сетку
взаимодействующих веществ и процессов.
Г. Николис и И. Пригожин (1979) возникновение и поддержание упорядоченных макросостояний (или так называемых диссипативных структур), для
которых характерна наименьшая величина энтропии при неминимальном значении свободной энергии системы, назвали самоорганизацией. Г. Ферстер
(1964) отмечает, что «под самоорганизующейся системой подразумевается та
часть системы, которая потребляет энергию и порядок из окружающей ее среды».
Способность к самоорганизации присуща только открытым системам, которые способны противостоять возрастанию энтропии за счет получения энергии из вне или за счет «негоэнтропии» по Э. Шредингеру (1947). Наличие при
этом когерентного кооперативного взаимодействия между подсистемами (или
элементами системы) приводит к спонтанному возникновению самоорганизации (Васильев, Романовский, 1984).
Следовательно, система гумусовых веществ – это открытая природная
система, способная к поддержанию своей макроскопической структуры благодаря обмену энергией и веществом с окружающей (внешней) средой. Но гумусовые вещества входят как подсистема в органическое вещество почвы.
Органическое вещество почвы тоже можно отнести к диссипативным
структурам, для существования которых необходим постоянный обмен энергии
и вещества. Оно сохраняет свои параметры до тех пор, пока имеется связь с окружающей средой. Между подсистемами (или элементами системы) органического вещества почвы: инертным гумусом, лабильными гумусовыми веществами и негумифицированным органическим веществом – имеются когерентные
кооперативные взаимодействия, приводящие к спонтанному возникновению
самоорганизации. Это подтверждает обнаруженный нами механизм обратной
связи в системе органического вещества почвы при изменении в ней содержания негумифицированного органического вещества. Лабильные гумусовые вещества предохраняют инертный гумус от глубокой деструкции. В обеспечении
устойчивости собственно гумусовых веществ важную роль играет негумифицированное органическое вещество, выполняя защитную и гумусоовоспроизводительную функции, являясь буфером между внешними воздействиями и гумусовыми веществами почвы.
95
Диссипативностью объясняется необходимость постоянного притока органического материала в почву независимо от содержания в ней органического
вещества и гумуса для обеспечения их воспроизводства, а также структурной
организации.
Система органического вещества почвы может рассматриваться как стационарная и нестационарная. Стационарным является такое динамическое состояние системы, при котором она за конкретный период времени получает и
отдает одинаковое количество вещества (и энергии), так что общее их количество в системе не изменяется. В естественных (непахотных) почвах в климаксном состоянии система органических веществ может рассматриваться как нестационарная. Подобные системы А.А. Титлянова (1977) относит к системам с
периодическим режимом стационарных состояний.
В пахотных почвах при длительно постоянной системе земледелия систему органического вещества почвы можно рассматривать как стационарную,
при изменяющейся системе земледелия – как нестационарную. В пахотных
почвах в отличие от непахотных и в стационарных условиях за более короткие
промежутки времени, чем ротация севооборота, система органического вещества почвы может рассматриваться как нестационарная, так как в течение ротации севооборота чередуются культуры, различающиеся как по количеству вещества и энергии, забирающимися из почвы ими, так и по количеству вещества
и энергии, оставляющимися в почве. Так что для установления стационарного
состояния органического вещества почвы необходимы не годы, а ротации севооборотов.
Систему органического вещества пахотных черноземов при длительно
применяемой системе земледелия можно отнести к системам с периодическим
режимом стационарности состояний. Нами отмечено как бы «пульсирование
системы органических веществ» почвы за ротацию севооборота.
Время установления стационарного состояния системы органического
вещества пахотных почв (количество ротаций севооборота) будет зависеть от
назначения (цели и направленности) системы земледелия за счет постоянного
потока вещества и энергии, проходящего через системы:
- на образование и поддержание определенного уровня содержания органического вещества почвы (включая и гумус) и упорядоченной ее (системы) структуры (воспроизводство);
- на образование и повышение до определенного уровня содержания органического вещества почвы (включая и гумус) и поддержание упорядоченной ее структуры (расширенное воспроизводство).
Последнее потребует большего количества вещества и энергии, а также и
времени установления стационарного состояния системы.
Наиболее высокий уровень организации почвы как системы осуществляется при оптимальных значениях и соответствующей структуре (соотношении)
категорий органического вещества. При этом свойства системы (водоудерживающая способность, уровень биологической активности, буферная способность, соотношения элементов питания и др.) "самонастраиваются". В связи с
96
этим, роль органического вещества необходимо оценивать не только с точки
зрения регулирования уровня содержания элементов питания, а прежде всего, с
позиций основного фактора обеспечения устойчивости процесса трансформации энергии и вещества в системе. Тем более это важно в земледелии, где основная масса органического вещества, поступающего в почву с растительными
остатками, не проходит все стадии превращения до состояния гумуса, а минерализуется на начальных этапах его превращения (Володин, Масютенко,
Юринская, 1990).
Чем сложнее структура и функции системы, тем больше энергии требуется для ее построения и (функционирования) существования. Энергия обеспечения расширенного воспроизводства системы органического вещества почвы
должна превышать минимальный уровень энергии, необходимый для его воспроизводства. Там, где обеспеченность энергией ниже минимального уровня,
система должна или адаптироваться, или (погибнуть) деградировать неуклонно.
Адаптация связана с изменением структуры системы.
Для максимального расширенного воспроизводства органического вещества почвы энергия и поступающие в почву органические вещества должны находиться в избытке. Там, где обеспеченность энергией выше минимально достаточного уровня, но ниже избыточного, на скорость воспроизводства влияет
ряд ограничений, таких как гидротермические условия, степень аэрации, рН
почвы и т.п.
Органическое вещество пахотных почв утрачивает свойства саморегулирующейся и самовосстанавливающейся системы и требует целенаправленного
научно обоснованного управления человеком.
В связи с выше изложенным, проблема управления воспроизводства органического вещества почвы является актуальной и необходимой для воспроизводства ресурсов и среды в агроландшафтах ЦЧЗ. Решение поставленного вопроса имеет важное теоретическое и практическое значение для развития учения о почвенном плодородии и для управления им, а также для повышения устойчивости агроландшафтов, обеспечения получения стабильных урожаев
сельскохозяйственных культур.
В большинстве пахотных почв России (за исключением СевероЗападного района) вследствие недостаточного поступления в почву органических веществ, невысокой их гумификации и развития эрозионных процессов
складывается дефицитный баланс гумуса. В процессе сельскохозяйственного
использования наблюдается снижение содержания гумуса в почве. Потери гумуса в пахотных почвах вызваны резким уменьшением количества растительных остатков, поступающих в почву при смене естественных биоценозов агроценозами вследствие отчуждения 40-60% биологической продукции для использования в качестве продовольствия, фуража и т.д. В результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации почв при недостаточном поступлении в почву пожнивных остатков и органических удобрений возрастает минерализация органического вещества.
97
В первую очередь минерализуется лабильная часть органического вещества почвы, составляющая в целинных почвах до 1/3 от общего запаса, наименее
устойчивая против биодеградации, и если органических поступлений недостаточно, то под влиянием физиологически кислых удобрений и активизации микрофлоры за счет вносимых удобрений усиливается процесс разложения и биодеградации стабильного гумуса. Повышается дисперсность гумусовых веществ
и вынос их до грунтовых вод. Усиление минерализации и выноса гумуса наблюдается на орошаемых и осушаемых почвах в первые дни проведения мелиорации. Обеднение агроэкосистем усугубляется эрозионными процессами.
Таким образом, наряду с сокращением запасов гумуса в пахотных почвах
нарушается соотношение между инертным и лабильным гумусом (лабильными
гумусовыми веществами), а также между содержанием гумуса и негумифицированного органического вещества снижается устойчивость органического вещества почвы.
Дефицит органического вещества в почве, падение его содержания и качества тоже способствуют ухудшению агрохимических, агрофизических, биологических свойств почвы, в целом, снижению уровня почвенного плодородия
и ухудшению экологического состояния.
Агрогенное и техногенное загрязнение почвы, ее дегумификация приводят к тому, что механизмы самоочищения не справляются с растущей массой
загрязнителей.
Следует подчеркнуть, что именно гумусовые вещества обладают способностью связывать в малоподвижные и труднодиссоциируемые соединения токсичные элементы и вещества. Кроме того, гумусовые кислоты способны снять
неблагоприятное влияние пестицидов на культурные растения. В почвах с
большим запасом гуминовых кислот, гумина резко повышаются предельно допустимые концентрации тяжелых металлов, отрицательное влияние последних
на растения проявляется при значительно более высоком содержании, чем в
малогумусных почвах. Снижается негативное влияние избыточных доз минеральных удобрений. В труднодоступные растениям формы соединений связываются не только тяжелые металлы, но и некоторые радиоактивные изотопы.
Защитная функция гумусовых веществ охватывает не только систему
почва-растение, но и другие компоненты ландшафта. Почвы, особенно хорошо
гумусированные, выполняют роль геохимического барьера и предупреждают
поступление в грунтовые воды многих веществ. Почвенный покров может
удерживать значительное количество катионов и анионов и тем самым поддерживать длительное время качество питьевых вод на хорошем уровне, даже в
условиях техногенного загрязнения.
Качественный и количественный состав органического вещества почвы
определяет все агрономически ценные ее свойства: запас питательных элементов, поглотительную способность, водно-физические, биологические и т.п.
Глобальным воздействием гумуса и негумифицированного органического вещества на комплекс агрономических свойств почвы обусловлена его важнейшая роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Состав
98
гумуса оказывает большое влияние не только на урожай культур, но и на качество сельскохозяйственной продукции. Обогащенные гумусом почвы отличаются повышенной устойчивостью водно-пищевого режима, противоэрозионной
стойкостью, своеобразной буферностью почв по отношению к внешним факторам (неблагоприятным погодным условиям, антропогенным воздействиям, эрозионным процессам), что снижет зависимость урожаев от погодных условий,
повышает устойчивость земледелия.
Количественный и качественный состав органического вещества в почве
также определяют характер и направленность малого биологического круговорота вещества и потоков энергии в агроэкоситеме, ее устойчивость и уровень
производительности. Земледелие как специфическая область деятельности человека постоянно должна решать двуединую задачу – использование плодородия почвы и регулирования его уровней.
В связи с этим возрастает значение и необходимость прогнозирования,
контроля и управления воспроизводством органического вещества (см. главу
2). Имеющиеся исследования были направлены на решение следующих задач:
- разработка методов определения баланса гумуса в почве (Collier, 1969;
Лыков, 1979, 1982; Фокин, 1983, 1984 и др.);
- разработка расчетных методов определения баланса гумуса в почвах в
целях его контроля, прогнозирования, регулирования (Левин, 1978; Лыков,
1979, 1982; Шенявский, 1973; Бамбалов, 1979, 1982; Гончар-Зайкин, Журавлев,
1983; Kempen, 1982);
- определение баланса гумуса в почве в зависимости от системы удобрений, сельскохозяйственных культур, обработок, механического состава почвы и
т.д. (Левин, 1978; Лыков и др., 1981, 1982, 1984; Кордуняну, Донос, 1979; Пупков, 1980; Цыцковская, 1981; Чесняк, 1982; Белоусов, Сорокин, 1983; Фокин,
1989; Гемсте и др., 1990; Кубат Я., Липавски Я.,2010; Delphin, Conesa, 1979;
Nemming, 1979; Kahat, 1983; Schutz, Moitz, Rauhe, 1983; Rimovsky, 1983; и др.);
- моделирование трансформации органического вещества в почвах (Полуэктов и др., 1980; Бондаренко и др. 1981; Гончар-Зайкин, Журавлев, 1982;
Smith, 1979; Gnerif, 1982);
- моделирование динамики содержания гумуса в почвы (Володин и
др., 1985; Гильманов, 1974; Довнар, 1974; Гончар-Зайкин, Журавлев, Коновалов, 1982, 1986, 1987; Гончар-Зайкин, Журавлев, 1979, 1985; Малкина-Пых,
1985; Шевцова, Володарская, Горбунов, 2000; Володарская, 2001; Рыжова,
2010; Хэстингс А., Ваттенбах М. и др., 2010; Когут Б.М., Романенков В.А., Масютенко Н.П. и др., 2010; Сухановский и др., 2010; Morel, 1978);
- по оптимизации и управлению содержания гумуса в почве (Левин, 1982;
Кулаковская, 1984; Журавлев, Коновалов, 1986; Гончар-Зайкин, Журавлев, Коновалов, 1986; Коновалов, 1984; Коновалов, Чебанова 1986; Рабочев, Королева,
1985; Badewitz, Gath, 1984; Gorlitz, Asmus, Toepel, Niendorf, 1986).
Как отмечает И.М. Рыжова (2010), трудности моделирования динамики
органического вещества почв связаны с его кинетической гетерогенностью. В
большинстве моделей его представляют конечным числом пулов со своими
99
специфическими скоростями разложения. Проблема состоит в поиске измеряемых эквивалентов этих пулов. Поэтому для развития моделей особое значение
имеет разработка экспериментальных методов фракционирования, которые позволяют выделять фракции органического вещества в соответствии с механизмами его стабилизации в почве.
Существуют 2 пути определения баланса гумуса в почвах: первый путь –
по фактическому изменению содержания гумуса за какой-то период времени,
второй – по соотношению прихода и расхода органического вещества в почвах.
Выявление баланса гумуса путем анализа в начале и в конце определенного периода является единственным методом, позволяющим объединить все
элементы баланса при непременном условии анализа на всю глубину гумусового слоя. Однако здесь неизбежны ошибки из-за неоднородности почвы, поэтому
вторым непременным условием применения этого метода будет изучение статистической характеристики гумуса в гумусовых горизонтах. В настоящее время этот метод применяется мало (Coller, 1965), что связано с его трудоемкостью
и с недостатком данных. В исследованиях, использующих этот метод, чаще
всего не учитывается необходимые условия применения этого метода - изучение всего гумусового слоя и учет неоднородности почв. Возможно, этот метод
найдет применение в научных исследованиях при оценке влияния различных
факторов на баланс гумуса и других (при детальном изучении) вопросов.
В настоящее время предложено несколько расчетных методов определения гумусового баланса по соотношению прихода и расхода органического вещества в почвах. Эти методы применяются в целях прогнозирования.
Е. Вельтне (1963) предложил рассчитывать баланс гумуса в почве на основе ежегодного поступления органического вещества за счет навоза, корневых
и пожнивных остатков и расхода гумуса. Он считал, что для поддержания оптимального содержания гумуса в почве ежегодное поступление (цит. по Лыкову, 1982) органического вещества за счет навоза, корневых и пожнивных остатков должно соответствовать их минерализации, предложил при расчете гумусового баланса использовать формулу, в которую ввел коэффициент разложения
гумуса, равный для среднеевропейских условий 0,02-0,08. Данный метод безусловно не совсем точен, так как не учитывает количество органических остатков
и не имеет дифференцированных коэффициентов минерализации.
Расчет гумусового баланса по К. Рауэ и Г. Шонмайер (1966) основан на
учете гумусовых единиц. Одна гумусовая единица приравнивается к 1 т гумуса,
а потеря 1 т гумуса с 1 га соответствует выносу 50 кг азота. При расчете учитывается внесенный и поступивший в почву органически связанный азот. Значения гумусовых единиц дифференцируются а зависимости от культуры и содержания гумуса в почве.
Ф.И. Левин (1978, 1980) при расчете гумусового баланса учитывал поступление в почву органических удобрений и растительных остатков (коэффициенты гумификации соответственно 0,10 и 0,15), а минерализация гумуса определялась по потреблению растениями азота гумуса. Принято считать (Тюрин,
100
1956; Рюбензам, Раубе, 1965, Шенявский, 1973), что 60 % азота (исключая азот,
фиксируемый из атмосферы) растения получают за счет минерализации гумуса
и что на каждую единицу азота минерализуется 20-кратное количество гумуса.
Кордуняну П.Н. и Донос А.И. (1978) разработали уравнение для расчета
баланса органического вещества в почве, в основе которого положено, что для
образования единицы доступного растениям азота минерализуется 20 единиц
почвенного гумуса:
(ВN – ПN) * 20
БР =
*Т
100
где: Б - баланс гумуса, ц/га; ВN - сумма источников выноса азота, кг/га;
ПN - сумма источников поступления азота, кг/га; 20 - коэффициент минерализации гумуса; Т - площадь посева культуры, га; 100 - коэффициент
пересчета.
Чуян Г. А. (1978) рассчитывает баланс гумуса в почве по разности между
гумусом, образованным за определенный период времени из пожнивнокорневых остатков и органических удобрений, и минерализованным гумусом.
Коэффициент гумификации пожнивно-корневых остатков принимался равным
0,15; соломы – 0,20; навоза - 0,10. Коэффициент минерализации гумуса вычисляли по формуле, включающей коэффициент использования азота удобрений:
(ВN – NУ · КN) · М
В=
Г · 1000
где: ВN - вынос азота с урожаем культуры, кг/га; NУ- доза удобрений, внесенный под культуру, кг/га; КN - коэффициент использования азота удобрений; М - множитель пересчета азота в гумус, 20; Г - запас гумуса в почве,
т/га.
По А.М.Лыкову (1979) приходная часть гумусового баланса (по углероду) складывается из поступления органического вещества с корневыми и пожнивными остатками полевых культур, органическими удобрениями, семенами,
посадочным материалом и связывания углекислоты сине-зелеными водорослями; расходная-минерализация, вынос с вертикальным стоком, эрозией, дефляцией. А.М. Лыков отмечает (1979), что есть все основания полагать, что поступление органического вещества с продуктами жизнедеятельности автотрофных
водорослей и с семенным материалом в дерново-подзолистых почвах полностью возмещает расход органического вещества вследствие вертикального и
поверхностного стока. Минерализуемый гумус (по углероду) для покрытия дефицита рассчитывается по произведению разницы поступления из органических, минеральных удобрений, растительных остатков и выноса азота с урожаем на 10 (соотношение С:N в гумусе). В методике учитывалась зависимость
эффективности использования азота гумуса растениями от механического состава почвы, вида полевых культур, потребления азота из минеральных, органических удобрений, растительных, органических остатков, азотфиксация бобовыми культурами. Растительные остатки рассчитывались по уравнениям линейной регрессии. Были приняты следующие коэффициенты гумификации для
растительных остатков зерновых культур, зернобобовых, многолетних трав и
101
льна – 25%, для кукурузы и других силосных культур – 15%, для картофеля и
овощей -8, навоза – 30, соломы на удобрение – 25%. Данная методика наиболее
полно учитывает зависимость влияния различных факторов на минерализацию
гумуса (по выносу и поступлению N).
Нередко для определения минерализованного гумуса используют коэффициенты минерализации гумуса почвы в зависимости от вида возделываемой
культуры. Следует заметить, что при таком определении не учитывается влияние уровней урожаев сельскохозяйственных культур, гранулометрического состава почвы, азотфиксации зернобобовых культур на минерализацию гумуса.
При исследовании сложных объектов возникает необходимость в применении системного анализа и методов моделирования, что сообщает получаемым решениям высокую научную и экономическую эффективность. Методология моделирования выступает в качестве связующего звена между научным
знанием высокого уровня общности и конкретными задачами, требующими для
своего решения приложения этого знания.
На основании анализа и обобщения научной литературы и собственных
данных по влиянию различных факторов на гумусное состояние, динамику гумуса и лабильных гумусовых веществ в почве, по управлению балансом органического вещества почвы, собственных исследований (см. начало главы 2) установлены основные принципы управления воспроизводством органического
вещества в почве:
1. Процессы минерализации и гумификации органического вещества в
почве должны быть уравновешены.
2. Условиями сохранения и обновления собственно гумусовых веществ,
повышения их устойчивости являются:
- поддержание в почве не только определенного уровня содержания, но и
но и соотношений между компонентами органического вещества почвы
(инертного и лабильного гумуса, гумуса и негумифицированного органического вещества);
- поступление в почву достаточного количества энергии в виде свежего органического вещества.
3. В естественных системах в условиях постоянного поступления достаточного количества энергии со свежим органическим веществом проявляется
саморегулирующая функция почвенного гумуса и этим обеспечивается воспроизводство его на соответствующем уровне определенной структуры.
4. В пахотных почвах для обеспечения воспроизводства определенного
количественного и качественного состава органического вещества требуется
управление:
- поступлением органических веществ в почву, их количеством и качеством посредством внесения органических удобрений (навоза, компоста, торфа,
соломы и т.д.) и посева многолетних трав;
- процессами гумификации поступающего в почву свежего органического
вещества в сторону повышения ее эффективности путем обеспечения в нем оптимального соотношения C:N, улучшения его качественного состава за счет за102
пахивания бобовых, пожнивных и промежуточных культур, а также дозами,
способами, сроками внесения и количеством органических удобрений;
- процессами минерализации собственных гумусовых веществ путем их
ослабления в результате внедрения почвозащитных обработок и поддержания в
почве на требуемом оптимальном или оптимально-допустимом уровне содержания негумифицированного органического вещества при введении в севообороты промежуточных и пожнивных культур, применении соломы, компостов и
зеленых удобрений.
5. Для получения заданных урожаев сельскохозяйственных культур,
обеспечения достаточного количества выделяемой энергии из трансформируемой части органического вещества почвы необходимо
поддержание требуемого оптимального уровня негумифицированного органического вещества;
оптимального содержания лабильных гумусовых веществ в почве.
6. Направленное регулирование трансформацией и воспроизводством
органического вещества почвы можно осуществлять за счет воздействия сочетания элементов систем земледелия (органо-минеральные удобрения, севообороты, обработки), обеспечивающих условия постоянного поступления органического вещества в цепи его трансформации в системе почва-растение.
7. Необходимо предотвращение потерь вещества в почве от эрозии и дефляции.
8. Необходим регулярный контроль и оценка состояния органического
вещества в почвах агроландшафта.
9. Непременным условием действенного управления должно быть краткосрочное и долгосрочное прогнозирование изменения гумусного состояния
почвы.
В целях рационального использования почвенных ресурсов и для их воспроизводства следует уточнить следующее, что:
- наиболее эффективное влияние гумуса на почву в целом и на производственные показатели обеспечивается при оптимальном его содержании и качестве;
- необходимо поддерживать содержание лабильных гумусовых веществ в
почве на оптимальном уровне, так как урожай сельскохозяйственных культур
связан не столько с общим содержанием гумуса в почве, сколько с его активной
частью;
- для получения экологически чистой продукции необходимо точное определение требуемых доз органических удобрений, азотных минеральных удобрений, увеличение использования в земледелии биологического азота, поступление достаточного количества свежего органического вещества в почву.
103
3.2. Система управления воспроизводством и устойчивостью
органического вещества черноземных почв
На основе разработанных нами принципов и системного анализа предложена система управления воспроизводством органического вещества почвы
(рис.13), включающая объект управления, средства управления, блок принятия
решений (разработка системы мероприятий по управлению) и информационный блок (контроль, оценка и прогнозирование изменения гумусного состояния
почвы). Система контроля и оценки гумусного состояния черноземов состоит
из трех разделов: контролируемые показатели гумусного состояния почв и
методы их определения, методика проведения контроля, оценка гумусного состояния почвы.
Цель управления – обеспечение воспроизводства органического вещества
почвы для получения планируемых урожаев сельскохозяйственных культур
высокого качества, сохранения и повышения плодородия почвы, охраны окружающей среды и снижение потребности хозяйства в навозе до не более 30 %.
В основе управления лежит принцип достижения оптимальных или оптимально допустимых параметров гумусного состояния: баланса и содержания
гумуса, лабильных гумусовых веществ, негумифицированного органического
вещества и соотношения С:N в нем.
Объектом управления является органическое вещество почвы, это: гумусовые вещества, негумифицированное органическое вещество, лабильные гумусовые вещества – и его энергопотенциал.
Основными управляющими воздействиями (средства управления) будут:
изменение структуры угодий (залужение, отведение под залежь), внесение в
почву органических удобрений (навоза, компостов, торфа, соломы, в том числе
компостирования ее), возделывание в севооборотах многолетних трав, промежуточных культур, в том числе на зеленое удобрение; минимализация обработок.
На склоновых почвах в условиях проявления эрозионных процессов проведение противоэрозионных мероприятий (для устранения лимитирующего
фактора) должно предшествовать управлению воспроизводством органического
вещества почвы и его энергопотенциала.
Разработанную систему управления воспроизводством органического
вещества почвы отличает комплексный подход, основанный на достижении оптимальных или оптимально допустимых параметров гумусного состояния почвы, учете, оценке, контроле и прогнозировании изменения их фактического состояния. При этом регулирование осуществляется внесением органических
удобрений, посевом многолетних трав, снижением минерализации гумуса в результате внедрения почвозащитных обработок и поддержания в почве на
104
Средства управления
Изменение структуры
угодий
- залужение;
- отведение под залежь.
Севообороты
Введение в севообороты
- многолетних трав;
- бобовых;
- промежуточных;
- сидеральных культур.
Объект управления
Органическое вещество почвы
1. Гумусовые вещества
2. Лабильные гуминовые
вещества
3. Негумифицированное
органическое вещество
4. Соотношение C:N в
свежем
органическом
веществе, поступающем в
Информационный блок
почву
решений
Р
А
С
Т
Е
Н
И
Е
Удобрения
- навоз,
- компост,
- торф,
- солома,
- сапропель и др.
Обработка почвы
- отвальная,
- безотвальная,
- минимальная и т.п.
Блок принятия
решений
Разработка
системы
мероприятий
по управлению
воспроизводством
органического
вещества почвы
Информационный
блок
Контроль и
оценка гумусного
состояния почв
Прогнозирование
изменения
гумусного
состояния почвы
Рис. 13. Система управления воспроизводством органического вещества
почвы
оптимальном или оптимально-допустимом уровне содержания негумифицированного органического вещества при введении в севообороты пожнивных, промежуточных и сидеральных культур, компостировании соломы и т.п., а также
повышением эффективности гумификации свежего органического вещества,
105
поступающего в почву, при обеспечении в нем оптимального соотношения C:N
и улучшения качественного состава. Это снижает потребность в навозе на >
35%.
3.2.1. Разработка системы мероприятий по управлению воспроизводством
органического вещества почвы
Разработка системы мероприятий по управлению воспроизводством и устойчивостью органического вещества почвы и выбор управляющих воздействий производится с учетом начального гумусного состояния почвы, уровня
планируемых урожаев сельскохозяйственных культур, достижения бездефицитного или положительного баланса гумуса, требуемого оптимального содержания негумифицированного органического вещества, лабильных гумусовых
веществ, гумуса, реальных возможностей и ресурсов хозяйства для каждого
конкретного участка поля. Она включает 8 этапов.
1 этап. Разработка мероприятий для достижения уравновешенности
процессов минерализации и гумификации органического вещества в пахотной
почве
А) Вначале рассчитывается баланс гумуса в почве с учетом урожая культур, вида культуры, гранулометрического состава почвы, обработки почвы,
внесения азотных минеральных удобрений по формулам 7, 8.
Для небобовых культур при невысоких дозах азотных минеральных
удобрений при 10·у·N > 15·МУ
БГ={0,1·К1·К6[(а1+а)·у+в1+в]+ОУ·К5+0,0086·N"'[(а1+а)·у+в1+в]+0,00125·
·ОУ+0,01·МУ-0,0172·у·N·К2·К3}·(1-К0)
(7)
Для небобовых культур при высоких дозах азотных минеральных удобрений при у·N·10 < 15·МУ
БГ = {0,1·К1·К6[(а1+а) ·у+в1+в]+ОУ·К5+0,0086·N"'[(а1+а)·у+в1+в]+ +0,00125·ОУ
+0,01·N·У-0,0172·у·N·К2·К3}· (1-К0)
(8)
На чистом пару
БГ= -100·К4·Гчп·Н·d
(9)
Б) Если баланс гумуса в почве оказывается дефицитным, то рассчитывают дозы внесения органических удобрений под сельскохозяйственные культуры
и под чистый пар для уравновешивания процессов минерализации и гумификации органического вещества в почве. При определении доз органических удобрений и баланса гумуса учитываются уровни планируемых урожаев возделываемых культур, количество пожнивно-корневых остатков, поступающих в
почву, вынос N культурой, количество азотных минеральных удобрений, гранулометрический состав почвы, применяемая обработка.
|БГ|
ОУнав =
при БГ < 0
(10)
К50
ОУn = ОУ·Sn (т)
(11)
106
Рассчитанные дозы по навозу пересчитывают на любые виды органических удобрений по формуле 12.
ОУ нав·К50
ОУ =
(12)
К5
В) Затем определяют баланс гумуса под многолетними травами, бобовыми и сидеральными культурами
БГ'= 0,1·К1·К6[(а1+а) ·у+в1+в]+ОУ·К5+0,0086·N"'[(а1+а) ·у+в1+в]+0,00125·
ОУ+0,01·МУ+0,0172·у·N·AN-0,0172·у·N·К2·К3+0,004·Усид
(13)
Если БГ > 0, то БГ=БГ'· (1+К0)
(14)
Если БГ <0, то БГ=БГ'· (1-К0)
(15)
0
К5
Г) Затем определяют количество органических удобрений на каждом участке в севообороте, которое компенсирует накопление гумусовых веществ под
многолетними травами, бобовыми и другими культурами, по следующей формуле:
ΣБГ
ОУкомп =
при БГ > 0
(16)
К50
Д) Требуемое количество органических удобрений определяют по формуле 17.
ОУтр=ОУ1+ОУ2+ОУn-ОУкомп
(17)
Е) После этого определяют общие потребности хозяйства в навозе, запасы в нем имеющихся органических удобрений и сравнивают их между собой по
гумификационной ценности.*
П= Σ(ОУтр1+ОУтр2+…+ОУтрn)
(18)
0
ГЦП=К5 ·Σ(ОУтр1+ОУтр2+…+ОУтрn)
(19)
ГЦЗ=ОУ1·К5+ОУ2·К5+…+ОУn·К5
(20)
Если ГЦП >ГЦЗ, то есть когда хозяйство не обладает достаточным количеством органических удобрений для поддержания бездефицитного баланса
гумуса в почве, необходимо увеличение посевных площадей под многолетними
бобовыми травами, сидеральными бобовыми культурами и почвозащитными
обработками. Почвозащитные обработки внедряют под зерновые культуры, ранее планируемые под вспашку. Можно применять поверхностное компостирование соломы после зерновых культур с учетом потребности в ней хозяйства
для других целей.
2 этап. Оценка содержания гумуса в почве
На этом этапе проводят сравнение фактического содержания гумуса в
почве на участке с критическими и оптимальными параметрами.
Если ГФ < ГКР, участок необходимо или отвести под залежь, или залужить,
или посеять на нем многолетние травы.
Если Гопт.доп. > ГФ > ГКР, и ГЦП < ГЦЗ, то переход к этапу 3.
*
Гумификационная ценность – это то количество гумусовых веществ, которое может поступить в почву из органических удобрений при их гумификации.
107
Если Гопт.доп. >Гф > Гкр и ГЦП > ГЦЗ, то следует на данном участке
высевать многолетние бобовые травы.
3 этап. Достижение оптимально допустимого или оптимального содержания гумуса в почве
Если содержание гумуса в почве ниже оптимально допустимого, но
больше критического, на таких участках необходимо обеспечить расширенное
воспроизводство органического вещества. В том случае, когда хозяйство обладает запасами органических удобрений, можно рассчитать дополнительные их
дозы, обеспечивающие повышение содержания гумуса в почве до оптимально
допустимого или оптимального уровня по следующим формулам:
(Гопт.доп.-Гф) ·Н·d·100
ОУдоп =
(21)
К50
ОУдоп =
(Гопт.-Гф) ·Н·d·100
(22)
К50
В качестве мелиорирующего приема также можно рекомендовать разовое
внесение в четырех-пятипольных севооборотов высоких доз органических
удобрений в количестве.
4 этап. Достижение оптимального содержания лабильных гумусовых
веществ в почве
Вначале рассчитывают измененную величину содержания лабильных гумусовых веществ под влиянием различных факторов (при внесении органических удобрений, при возделывании многолетних трав).
ЛГВ∆=Кф·ЛГВфакт
(23)
∆
Если ЛГВ >ЛГВопт.,
тогда
70·Г·Н·d·НВт
НВопт(т/га)=
(24)
100-НВт
НВт определяют по формулам1,2 или 3.
Если ЛГВΔ < ЛГВопт, тогда
100·Г·Н·d·НВт
НВопт(т/га)=
(25)
100-НВт
5 этап. Достижение оптимального содержания негумифицированного
органического вещества
На этом этапе проводят сравнение фактического содержания негумифицированного органического вещества с его оптимальным значением для каждой
культуры и участка:
а) если
ОУno
ОУn1
НВопт-{0,3n·НВф+0,2· [
·СОВоу +
·СОВоу +…+
Snо
Sn1
+[0,1· (ау+в)+(а1у+в1)] ·СОВпо +0,004·Усид]<0,
(26)
108
то внесения дополнительного количества свежего органического вещества не требуется, переход к этапу 6.
б) если
ОУno
ОУn1
НВопт-{0,3·НВф+0,2· [
·СОВоу +
· СОВоу +…+
Snо
Sn1
+[0,1· (а·у+в)+(а1·у+в1)] ·СОВпо +0,004·Усид]>0,
(27)
тогда определяют дополнительное количество (Д) свежего органического вещества, которое необходимо внести в почву для достижения его оптимального содержания по каждому участку:
ОУno
ОУn1
Д=Sn·{НВoпт - {0,3·НВф-0,2· [
·СОВоу +
·СОВоу +…+
Snо
Sn1
+[0,1· (а·у+в)+(а1·у+в1)] ·СОВпо +0,004·Усид]}}.
(28)
Затем выбирают путь пополнения почвы дополнительным количеством
свежего органического вещества:
а) за счет дополнительного внесения органических удобрений из имеющихся в наличии (ОУ1доп) на участки, требующие дополнительного внесения
свежего органического вещества.
ОУ·СОУоу -Д
(29)
ОУ1доп =
∑Sn
1
1
ОУ доп=ОУ доп·Sn (т);
(30)
б) за счет посева промежуточных культур на зеленое удобрение или на
корм в соответствии с высеваемыми культурами на тех участках, где не хватило
органических удобрений. По значениям Д n:Sn на соответствующем участке и
НВпр.кул. (количество негумифицированного органического вещества, поступающее в почву при возделывании промежуточных культур) подбираем какую
промежуточную культуру на зеленое удобрение или корм необходимо посеять
(приложение 9) согласно условию Д<НВпр.кул.. Промежуточные культуры высеваются после озимой ржи на зеленый корм, после озимой пшеницы, если после
нее не сажают сахарную свеклу; после ячменя.
6 этап. Обеспечение оптимального соотношения C:N в свежем органическом веществе
Для повышения эффективности гумификации свежего органического вещества, поступающего в почву, следует рассчитать необходимые дозы внесения
азотных минеральных удобрений (НМУ), обеспечивающие оптимальное соотношение C:N в нем.
НМУ=[31,25·НВ+15,625·∑(ОУ·СОУ)+0,1· (а·у+в+а1·у+в1)+0,25·Усид][30·НВ+10·∑(N11·ОУп)+N111(а·У+в+а1·у+в1)+N·Усид+N·У·АN+МУ] (31)
Затем, проведя анализ вносимых (МУ) и необходимых доз азотных минеральных удобрений (НМУ), определяют уточненные дозы азотных минеральных удобрений (МУ1).
Если НМУ=0, МУ>0, тогда МУ1=МУ.
Если НМУ<0, МУ=0, тогда МУ1=0.
Если НМУ<0, |НМУ|>МУ>0, тогда МУ1=0.
109
Если НМУ<0, |НМУ|<МУ>0, тогда МУ1=МУ.
Если НМУ>0, МУ>0, тогда МУ1=МУn+НМУ.
Все расчеты проводятся для каждого участка за год, за ротацию севооборота, по полям в севообороте и в целом по хозяйству.
При разработке системы мероприятий по управлению воспроизводством
органического вещества в почве используются следующие исходные данные
для каждого участка поля: тип, подтип почвы, степень ее смытости, содержание
гумуса, негумифицированного органического вещества, гранулометрический
состав, площадь, экспозиция склона, культура севооборота, планируемый урожай, обработка почвы, виды и запасы органических удобрений в хозяйстве и
т.д.
В разработанной системе мероприятий по управлению воспроизводством
органического вещества почвы для каждого конкретного участка поля должны
быть представлены:
1. Виды, дозы, объемы внесения органических удобрений, изменение
площади многолетних трав, сидеральных культур, с почвозащитными обработками, обеспечивающие достижение бездефицитного или положительного баланса гумуса.
2. Рекомендации о необходимости высева промежуточных культур на
корм или зеленое удобрение для достижения оптимального содержания в почве
негумифицированного органического вещества.
3. Уточненные дозы минеральных удобрений, обеспечивающие оптимальное соотношение C:N в свежем органическом веществе, поступающем в
почву.
Последним 8 этапом является расчет на каждом участке пашни экономической эффективности: чистого дохода (Э и Э1) и сэкономленных средств (СЭ
и СЭ1)
а) на участках, засеянных сельскохозяйственными культурами
N
Э1n=∑(
mj=1
N
СЭ1n =∑(ОУкомп*С3)+
mj=1
Cпр*Сок*ОУп*Кгум.оу
-ОУn*С3+0,25*ОУn.n/з*С3)
1000*Кгум.нав.
0,78*БГмн.тр.С3
1000*Кгум.нав.
Эn= Э1n*Sn
СЭn= СЭ1n*Sn
где: mj – вид органических удобрений;
N – количество видов органических удобрений;
Э1n – чистый доход, руб/га.;
Эn – чистый доход, руб.;
СЭ1 – сэкономленные средства, руб/га;
СЭ – сэкономленные средства, руб;
n – номер участка;
110
ОУn – количество органических удобрений, вносимых на участок, т/га;
ОУкомп – количество органических удобрений, которое потребовалось бы
для компенсации дефицита баланса гумуса в почве, если бы
предшественники не были многолетние травы, т/га;
Спр – стоимость прибавки урожая, руб./т;
Сок – окупаемость 1 т органических удобрений зерновыми единицами в
кг;
Сз – затраты на применение органических удобрений на уборку и реализацию прибавки урожая, руб/т;
ОУn.n/з – количество удобрений, вносимых на участках с почвозащитной
обработкой, т.
б) на участках с черным паром
N
Э1n (руб/га)={∑[
mj=1
Спр*Сок*ОУn*Кгум.о.у- ОУn*Сз+0,25*ОУn.n/з*Сз
]}:2
1000*Кгум.нав.
Эn= Э1n*Sn
Представленные формулы носят общий характер, применимость их ограничивается наличием нормативного материала для региона, типов, подтипов,
разновидностей почв. Нами разработаны нормативные (Володин, Орехова,
Юринская, 1985; Володин, Масютенко, Юринская, 1987, 1988, 1990а, 1990б;
Масютенко, 1996, 2001а, 2001; Масютенко, Гатилова, 1999; Володин, Масютенко, Еремина, 2000; Володин, Масютенко, 2000; "Методическое пособие и
нормативные материалы.", 2001), собраны справочные материалы (приложения
1-14), оптимальные, оптимально допустимые и критические параметры гумусного состояния черноземов Курской области (табл. 48), собран нормативный и
справочный материал на основе анализа научной и справочной литературы,
данные по оптимальным, оптимально допустимые и критические параметры
параметрам гумусного состояния почв ЦЧЗ (табл. 49-51).
На основе выше изложенного проведен анализ гумусного состояния
(табл.46) и разработана система управления воспроизводством органического
вещества в черноземе типичном в зернопаропропашном севообороте (табл. 47),
включающая мероприятия, обеспечивающие бездефицитный баланс гумуса в
почве, и мероприятия, обеспечивающие устойчивость органического вещества
почвы.. Они включают виды, дозы и способы внесения (например, компостирование растительных остатков) органических удобрений, применение почвозащитных обработок, введение в севообороты многолетних бобовых трав и сидеральных культур. Для обеспечения устойчивости органического вещества почвы необходимы оптимизация содержания в почве лабильных гумусовых веществ, негумифицированного органического вещества и поддержание в свежем
органическом веществе оптимального соотношения C:N. Мероприятия, с помощью которых можно достигнуть это, представлены в рассматриваемой таблице. Исходная информация представлена в приложении 15.
111
Разработанная система управления воспроизводством органического вещества почвы обеспечивает получение планируемых устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур высокого качества, сохранение и повышение почвенного плодородия, охрану окружающей среды и снижение потребности хозяйства в навозе.
Апробация системы управления в условиях опытного поля ВНИИЗиЗПЭ
показала ее практическую пригодность.
3.2.2. Система оценки и контроля гумусного состояния черноземных
почв
В условиях обострения экологической ситуации в земледелии, а также низкой
продуктивности сельскохозяйственного производства необходимым условием
для управления воспроизводством органического вещества почвы с целью получения запланированных урожаев сельскохозяйственных культур, охраны окружающей среды является создание системы оценки и контроля за гумусным
состоянием черноземов.
Разработка системы контроля за гумусным состоянием почвы включает следующие ключевые вопросы: выбор контролируемых показателей,
периодичность и системность наблюдений, методы измерения выбранных показателей.
Для оценки и контроля за гумусным состоянием предложена шкала "Система оценки гумусного состояния почвы", разработанная Л.А. Гришиной и Д.С.
Орловым (1978) и модифицированная А.П. Щербаковым и Г.А. Шевченко
(1987). К.В. Дьяконова (1990) для производственных моделей почвенного плодородия рекомендует проводить оценку почвы по содержанию и качеству гумуса. Критериями оценки органического вещества почв предлагаются простое
его воспроизводство, минимальное и оптимальное содержание гумуса в почвах
данного типа и региона, лабильные гумусовые вещества, лабильные гуминовые
кислоты, соотношение С : N в почвах и гумусовых веществах.
К.В. Дьяконовой (1990) рассматривается минимальное содержание гумуса или содержание так называемого инертного гумуса. Минимальное содержание гумуса определяют в опытах или в производственных условиях, когда почва в несбалансированной по органическому веществу системе земледелия практически перестает терять гумус. Минимальное содержание гумуса можно определить в почве после длительного парования или многолетнего возделывания
интенсивной пропашной культуры в севооборотах без трав и органических
удобрений.
В. Егоров (1978) отмечает, что имеется определенный минимум содержания гумуса в почве, ниже которого агротехнические и агрохимические средства
повышения продуктивности земли отличаются пониженной эффективностью.
Аналогично этому, максимум содержания гумуса в почве - это тот уровень,
выше которого агротехнические и агрохимические средства повышения продуктивности земли отличаются пониженной эффективностью. По данным
В. Егорова (1981), минимум содержания гумуса для дерново-подзолистых почв
112
46. Анализ гумусного состояния чернозема типичного
Культуры
севооборота
1
2
3
4
Итого
Баланс гумуса в почве, т/га
без системы меропритий
-2,54
+0,05
-1,84
+0,08
-4,25
при использовании
соломы
-2,54
+0,35
-1,84
+0,38
-3,65
при введении почвозащитных
обработок
Общий гумус (Г),%
при внесении
навоза
Гф
Гкр
Гопт.
Лабильные гумусовые вещества, мг/кг
Гопт
ЛГВф
Исходные данные 5,6 4,3
5,1
5,7
-2,54
-0,75
+0,42
+0,42
Гопт > Гф>Гопт.доп
-1,84
-0,13
+0,46
+0,46
-3,50
0
5,65
2600
доп.
ЛГВΔ
Негумифицированное органическое вещество,т/га
ЛГВопт
НВф
НВопт
2850
2,0
1,85
3,70
5,21
4,98
3,93
4,71
Требуется
повышение
содержания
НВ в почве
НВф < НВопт
2810
2760
2810
2760
Δ
ЛГВ < ЛГВопт
Ф – фактическое содержание; кр – критическое; опт. доп. – оптимально допустимое; опт – оптимальное; ЛГВ∆ измененное содержание лабильных гумусовых веществ в почве; 1 – чистый пар; 2 – озимая пшеница; 3 – сахарная свекла; 4 – ячмень.
113
47. Система управления воспроизводством органического вещества чернозема типичного
Мероприятия, обеспечивающие бездефицитный
Мероприятия, обеспечивающие устойчивость
баланс гумуса в почве
органического вещества почвы
Куль- Внесение органических
Оптимизация содержания в почве
Введение
тура
удобрений
ЛГВ и НВ
Достижесевоние в свевнесение органипосев
сидеобожих растических удобрений промепочвомногоральрота
доза, всего,
жуточ- Резу- тельных освид
защитных
летних
ных
татках C:N
т/га
т
ных
льтат
доза,
обработок
трав
куль- вид
всего
= 28±4
культ/га
тур
тур
1
навоз
19,9
895,5
озимая
+
достигнуто
рожь
2
солома*
3,0
135 безотвальная
+
достигнуто
на зе3
навоз
19,9
855
+
достигнуто
леное
удобрение
4
солома*
3,0
135 безотвальная
+
достигнуто
после
ячменя
Всего
навоз
1750,5
*компостирование соломы на месте после зерновой культуры; + - оптимизация достигнута; 1 – чистый пар; 2 – озимая
пшеница (планируемый урожай 40 ц/га); 3 – сахарная свекла (350 ц/га); 4 – ячмень (35 ц/га).
Дозы внесения азотных минеральных удобрений, кг/га д.в.: под озимую пшеницу – 60; под сахарную свеклу – 90; под
ячмень – 40.
114
составляет 2-2,5 % , максимум – 4%. Таким образом, В. Егоров выделяет критические минимум и максимум содержания гумуса в почве по двум признакам:
высокая продуктивность земель при высокой эффективности агротехнических
и агрохимических средств.
Известно, что одно из свойств почвы - "предельность", Предельность
почвообразования обусловлена тем, что составляющие его процессы (в частности, элювиальный, гумусообразовании и т.д.) как и многие другие природные
процессы (например, радиоактивный распад, химическая реакция и т.д.), при
"постоянстве" термодинамически приближаются к какому-нибудь пределу. При
определенных факторах почвообразования (в том числе антропогенного) в почве существуют определенные экстремумы, то есть пределы гумусонакопления.
Пределы гумусонакопления будут различны в зависимости от типа почв и системы земледелия.
И.И. Ельников (1982) отмечает, что "к оптимальным параметрам следует
относить те значения параметров свойств почв, при которых наиболее полно
удовлетворяются в течение вегетации потребности растений в воде и наилучшим образом для данного типа почв усваиваются элементы питания. Из различных комбинаций свойств почв, одинаково удовлетворяющих этому условию, к оптимальному следует относить те, которые минимально отклоняются
от естественного уровня свойств, обусловленного экологическими условиями и
особенностями почвообразования исследуемой почвы."
Д.С. Орлов (1981) подчеркивает, что часто выдвигаемая задача обогащения почв гумусом без учета оптимальных уровней (предельных величин) может
привести к экономически невыгодным затратам и неполному использованию
потенциального плодородия почв. При рассмотрении вопроса оптимизации гумусного состояния почв он указывает, что "почва с оптимальными параметрами
должна характеризоваться максимально достижимой продуктивностью при
обязательном условии наиболее эффективного использования вносимых удобрений и максимальной эффективности агротехнических приемов. Продуктивность такой почвы должна быть стабильной, а урожаи не должны резко колебаться при неблагоприятных погодных условиях. Наконец, такая почва должна
быть максимально устойчива к действию разрушающих факторов (эрозии, дефляции) или процессов, снижающих их плодородие".
Наиболее эффективное влияние гумуса на производственные показатели
при сельскохозяйственном использовании почв (Орлов, 1981) может быть достигнуто только при некотором оптимальном для каждой почвы (зоны) сочетании уровней содержания гумуса, его состава и других показателей гумусного
состояния почв. Однако в современной агрономической литературе (Лыков и
др., 1977; Егоров, 1981) нет достаточно полных сведений об оптимальных параметрах органического фонда различных почв, отвечающих высокой продуктивности. Д.С.Орлов (1979) подчеркивает, что "... одна из главных теоретических и прикладных задач заключается в разработке технологически оптимальных показателей гумусного состояния для различных типов почв и систем земледелия".
115
Органическое вещество почвы обеспечивает стабильность и устойчивость
почвенной системы и повышает экологическую безопасность агроэкосистемы.
Поэтому
проблема
оценки
и
контроля
гумусного
состояния
актуальна и имеет важное научное и практическое значение для совершенствования систем земледелия, обеспечивающих получение экологически чистой
продукции заданного урожая и охрану окружающей среды.
На основании результатов собственных исследований и данных научной
литературы (Теоретические основы и методы определения …", 1980; "Модели
плодородия почв и методы их разработки", 1982; Фрид, 1985; "Плодородие
почв: проблемы, исследования модели", 1985; Шишов, Дурманов и др., 1991)
разработаны критерии гумусного состояния почвы.
Показатель гумусного состояния почвы должен:
1. обладать высокой информативностью;
2. быть тесно связан с урожайностью сельскохозяйственных культур и
их качеством;
3. зависеть от воздействия элементов систем земледелия;
4. быть тесно связан с плодородием почвы;
5. для его определения должны существовать стандартизованные методики.
На основании этих критериев были выбраны следующие контролируемые
показатели гумусного состояния черноземных почв (для пахотного слоя):
1. Общий гумус.
2. Лабильные гумусовые вещества.
3. Негумифицированное органическое вещество.
4. Устойчивость органического вещества почвы.
5. Баланс гумуса.
В связи с тем, что первые показатели гумусного состояния почвы подробно изучены, проанализированы и обсуждены в предыдущих разделах работы: глава 2; раздел 1.4.3 – и соответствуют критериям отбора, перейдем к рассмотрению баланса гумуса в почве.
Баланс гумуса показывает направленность и интенсивность гумусообразовательного процесса и изменение плодородия почв, тесно связан с плодородием почвы, с урожайностью сельскохозяйственных культур, поэтому обладает
высокой информативностью и зависит от воздействия элементов систем земледелия. Методы определения баланса гумуса в почве рассмотрены в разделе 3.1.
Для оценки гумусного состояния черноземных почв предлагается использовать оптимальные, оптимально допустимые, критические уровни его показателей и баланса гумуса.
Под критическими параметрами гумусного состояния почвы понимается
сочетание: содержание гумуса меньше минимального, дефицитный баланс гумуса, количество негумифицированного органического вещества менее 30% от
требуемого оптимального (% от органического вещества почвы). В этом случае
при усиленной минерализации инертного гумуса начинается разрушение поч116
венной структуры, ухудшаются водно-физические свойства почвы, урожаи
сельскохозяйственных культур падают.
Разработаны критические параметры гумусного состояния для чернозема
типичного и выщелоченного разной степени смытости (табл. 48). Наименьшие
значения критического содержания гумуса отмечаются в среднесмытом типичном и выщелоченном черноземах. Критические значения негумифицированного органического вещества составляют <1,0 % от органического вещества почвы. Критическим является состояние, когда процессы минерализации преобладают над процессами гумификации, т.е. в почве складывается отрицательный
баланс гумуса.
Под оптимальными параметрами (Теоретические основы и методы определения …", 1980) понимают, такое сочетание количественных и качественных
показателей свойств почвы, при котором могут быть максимально использованы все жизненно важные для растения факторы и наиболее полно реализованы
потенциальные возможности выращиваемых культур при наивысшем их уровне
хорошего качества. Критериями оптимальности являются:
- наивысший урожай сельскохозяйственных культур;
- урожай сельскохозяйственных культур должны быть стабильными и нерезко колебаться при неблагоприятных погодных условиях;
- почва с оптимальными параметрами должна быть максимально устойчива к действию разрушающих факторов (эрозия, дефляция) или процессов,
снижающих ее плодородие. Почва не должна быть источником загрязнения не
только для сельскохозяйственной продукции, но и для сопряженной природной
среды.
На основе обобщения данных ("Теоретические основы и методы определения …", 1980; Ефремов, 1982; Щербаков, Рудай, 1983; Воронков, 1984; "Рекомендации для исследования …", 1984; Свиридов, Верзилина, 1984; Рудай,
1985; Рабочев, Королева, 1985; Щербаков, Шевченко, 1986; Шишов, Карманов,
Дурманов, 1987; Наконечная, Аркадова, 1987; "Оценка почв по качеству и содержанию гумуса …", 1990; Володин, Масютенко, Юринская, 1990; Панкова,
2000; Панкова, Глазунов, 2006; Глазунов, 2003; 2009 и др.), передового опыта,
применения разработанного нами метода (см. раздел 1.4.4) выявлены и представлены оптимальные, оптимально допустимые и критические параметры гумусного состояния (табл. 48, 49-51) для черноземных почв Курской области и
ЦЧЗ в зависимости от типа, подтипа, степени эродированности почвы.
Система контроля и оценки гумусного состояния черноземных почв
I. Контролируемые показатели гумусного состояния почв и
методы их определения
1. Содержание и запасы общего гумуса – по методу И.В. Тюрина в модификации Б.А. Никитина со спектрофотометрическим окончанием
по Д.С. Орлову и Н.М. Гриндель (Орлов, Гришина, 1981; Никитин,
1983).
117
Содержание лабильных гумусовых веществ, извлекаемых 0.1н NaOH
из свежих образцов недекальцированных почв черноземного типа –
по методу Тюрина в модификации Почвенного института В.В. Докучаева и соотношение в них С : N и СЛГК : СЛФК, а из сухих – с предварительным компостированием ("Рекомендации для исследования баланса и трансформации органического …", 1984; Когут, Масютенко
и др., 1988).
3. Содержание негумифицированного органического вещества методом
монолитов с последующий отмывкой негумифицированного органического вещества на ситах.
4. Устойчивость органического вещества почвы рассчитывают по формуле 4 (см. раздел 2.3).
5. Баланс гумуса почвы можно определить двумя способами:
а) расчетным методом по разности между количеством новообразованного и минерализованного гумуса в зависимости от планируемых урожаев,
севооборотов, обработок с учетом начального гумусного состояния почвы по формулам 7-9,13-15 (см. раздел 3.2.1);
б) по изменению содержания гумуса в гумусовом профиле с предварительным определением его статистических характеристик по следующей
формуле
ЗГt – ЗГo
БГ =
;
t
где БГ – баланс гумуса, т/га в год;
ЗГo - запасы гумуса в начальный момент времени, т/га;
ЗГt - запасы гумуса в конечный момент времени, т/га;
t - период времени, год.
II. Методика проведения контроля
На выборных объектах исследования необходимо изучить статистическую характеристику контролируемых показателей гумусного состояния почвы: общего гумуса, лабильных гумусовых веществ и негумифицированного органического вещества. Для этого следует по сетке с шагом опробования от 2 до
10 м в зависимости от запланированной площади делянок отобрать образцы
почвы в 16-20 точках в гумусовом горизонте по глубинам 0-10, 10-20, 20-30, 3040 см и т.д. При наблюдениях на эродированных почвах необходимо такие сетки заложить на водоразделе, склонах различной экспозиции и в зависимости от
степени эродированности. В почвенных образцах определяют контролируемые
показатели гумусного состояния почвы выше указанными методами.
Полученные результаты обрабатывают статистически, определяя характер распределения, среднюю арифметическую, ошибку средней арифметической, дисперсию, коэффициент вариации и т.д. На основании полученных статистических данных необходимо определить достаточный объем выборочных
наблюдений, т.е. количество точек, на которых необходимо отбирать смешанные образцы почвы, обеспечивающие получение средних значений признака с
желаемой точностью и достоверностью. При отборе смешанных образцов не118
2.
обходимо выдерживать следующее условие – смешивать надо равные объемы
почвы.
Содержание общего гумуса в почве определяют осенью или во время
уборки урожая в начале и в конце ротации севооборота в слоях 0-10, 10-20, 2030, 30-40 ежегодно в пахотном слое, через 2-3 ротации – во всем гумусовом
слое. Для получения запасов гумуса в почве следует одновременно определять
ее плотность. Образцы почвы на гумус отбирают по диагонали исследуемой
площадки в соответствии с рассчитанным необходимым объемом выборки
(Дмитриев, 1970). Вес почвенного образца должен быть 200-300 г. В этих же
образцах определяют содержание в почве лабильных гумусовых веществ и их
качество.
Негумифицированное органическое вещество в почве определяют ежегодно после уборки урожая в 3-5 точках в ряду и междурядье методом монолитов или более простым методом, описанным в разделе 2.2.1.
III. Оценка гумусного состояния черноземных почв
Для оценки гумусного состояния пахотного слоя черноземных почв Курской
области представлены оптимальные, оптимально допустимые и критические
параметры гумусного состояния. Оптимальные параметры содержания общего
гумуса, лабильных гумусовых веществ, негумифицированного органического
вещества, баланса гумуса (табл. 48) даны в зависимости от их типа, подтипа и
степени эродированности. Оптимальные уровни устойчивости органического
вещества отражены в таблице 16. Оптимально допустимые уровни содержания
гумуса и негумифицированного органического вещества почвы составляют
90% от оптимальных, а баланс гумуса равный нулю.
3.2.3. Прогнозирование изменения гумусного состояния в
черноземных почвах
Никогда еще в истории Человечества прогнозирование экологоэкономических проблем в глобальном, региональном и локальном масштабах
не имело такого практического значения, как в наши дни. Как отмечает
Л.Л. Шишов (1991), в настоящее время изменилась идеология природопользования, что отразилось в смене принципа "реагировать" и "направлять" на "предвидеть" и "предотвращать".
Суть прогноза состоит в том, чтобы, отправляясь от информации с самом
объекте и факторах, влияющих на него, смоделировать, предсказать его будущее состояние. Научной основой прогнозов должны служить фактические данные изменения почвенных свойств. Модели прогноза бывают краткосрочные
(оперативные), среднесрочные (тактические), долгосрочные (стратегические).
Важной составляющей частью моделирования состояния почв является разработка математических моделей для прогнозирования отдельных значений, изучаемых параметров в зависимости от множества факторов.
Нами проведен анализ и обобщены данные научной литературы по динамике гумусного состояния чернозѐмных почв в процессе их сельскохозяйственного использования. Процесс снижения содержания запасов гумуса при
119
48. Оптимальные, оптимально-допустимые и критические параметры гумусного состояния черноземных почв
Курской области (для пахотного слоя)
Чернозем типичный
Чернозем выщелоченный
Показатели
Параметры
несмытый слабосмытый среднесмытый несмытый среднесмытый
оптимальные
5,7-6,7
5,2-6,0
4,2-4,9
5,6-6,9
4,1-4,9
оптимальноГумус, %
5,1-6,0
4,7-5,4
3,8-4,4
5,0-6,2
3,7-4,4
допустимые
критические
< 4,3
< 3,9
< 3,2
< 4,2
< 3,2
Лабильные гумусовые
вещества, С мг/кг оптимальные
2850-3325
2600-3000
2100-2450
2800-3300
2050-2450
почвы
Негумифицированное оптимальные
3,4-4,0
3,1-3,6
2,5-2,9
3,4-3,1
2,5-2,9
органическое вещест- оптимально3,1-3,6
2,8-3,2
2,2-2,6
3,1-3,7
2,2-2,6
во почвы, в % от С ор- допустимые
ганического вещества
критические
<1,0
почвы
оптимальные
>0
оптимальноБаланс гумуса, т/га
> 0
допустимые
критические
<0
Таблица 87
120
Таблица 89
Показатели
Общий
гумус, %
Подвижные
гумусовые
вещества,
мг/кг почвы
Негумифицированное органическое вещество
почвы, в % от С
органического
вещества почвы
Баланс
гумуса, т/га
49. Оптимальные параметры гумусного состояния почв ЦЧЗ
(для пахотного слоя)
Черноземы
типичные
Область
выщелоченные
средненесмытые
слабосмытые
смытые
Курская
5,7-6,7
5,2-6,0
4,2-4,9
> 5,6
Белгородская
> 6,5
5,6-6,2
4,6-5,0
6,4-6,7
Воронежская
6,5-7,5
5,7-6,7
4,8-5,5
6,8-7,5
Тамбовская
7,6-8,2
6,9-7,4
5,5-5,9
6,5-7,5
Липецкая
7,0-8,0
6,3-7,2
5,2-5,7
6,5-7,5
Курская
2850-3325
2600-3000
2100-2450
> 2800
Белгородская
3250-3625
Воронежская
3250-3750
2850-3350
Тамбовская
Липецкая
Курская
2,7-3,2
2,5-2,9
2,0-2,3
>2,7
Белгородская
> 3,1
2,7-3,0
2,3-2,6
3,3-3,6
Воронежская
3,1-3,6
2,7-3,1
2,5-2,9
3,4-3,8
Тамбовская
3,6-3,9
3,3-3,5
2,9-3,1
2,7-3,6
Липецкая
3,3-3,8
3,1-3,4
2,7-3,0
2,7-3,6
>0
121
обыкновенные
> 5,8
> 6,0
Темносерые
лесные
4,0-4,8
4,3-4,8
5,5-6,3
1800-2250
2,08-2,51
2,24-2,51
2,87-3,29
Показатели
Общий
гумус, %
Негумифицированное органическое вещество
почвы, в % от С
органического
вещества почвы
Баланс
гумуса, т/га
50. Оптимально допустимые параметры гумусного состояния почв ЦЧЗ
(для пахотного слоя)
Черноземы
Область
типичные
выщелочен- обыкноные
венные
несмытые
слабосмытые среднесмытые
Курская
5,1-6,0
4,2-5,4
3,8-4,4
> 5,0
Белгородская
> 5,8
5,0-5,6
4,1-4,5
5,8-6,0
> 5,2
Воронежская
5,8-6,7
5,1-6,0
4,3-4,9
6,1-6,7
> 5,4
Тамбовская
6,8-7,4
6,2-6,7
4,9-5,3
5,8-6,7
Липецкая
6,3-7,2
5,7-6,5
4,7-5,1
5,8-6,7
2,5-2,9
2,2-2,6
1,8-2,1
>2,4
Курская
> 2,8
2,4-2,7
2,1-2,3
3,0-3,3
Белгородская
2,8-3,2
2,5-2,8
2,3-2,6
3,1-3,4
Воронежская
3,3-3,5
3,0-3,2
2,6-2,7
2,5-3,2
Тамбовская
3,0-3,4
2,8-3,1
2,4-2,7
2,5-3,2
Липецкая
>0
122
Темносерые
лесные
3,9-4,3
3,9-4,3
4,9-5,7
1,9-2,3
2,0-2,3
2,6-3,0
Показатели
Общий
гумус, %
Негумифицированное
органическое вещество
почвы, в % от С органического вещества почвы
51. Критические параметры гумусного состояния почв ЦЧЗ
(для пахотного слоя)
Черноземы
типичные
Область
выщелослабосмысреднеченные
несмытые
тые
смытые
Курская
< 4,3
<3,9
<3,2
< 4,2
Белгородская
<4,5
<4,1
<3,4
<4,6
Воронежская
<4,9
<4,3
<3,6
<5,0
Тамбовская
<5,5
<5,0
<4,0
<4,9
Липецкая
<5,2
<4,7
<3,8
<4,9
Курская
Белгородская
Воронежская
<1,0
Тамбовская
Липецкая
Баланс
гумуса, т/га
<0
123
обыкновенные
< 4,1
< 4,8
Темносерые
лесные
<3,1
<3,2
<4,1
введении целинных почв в культуру известен давно, и общие закономерности
этого процесса всесторонне освещены в монографиях И.В. Тюрина (1937) и
М.М. Кононовой (1963). Несмотря на изученность, проблема продолжает оставаться в поле зрения современных исследований. Не вызывает сомнений, что
накопление фактических данных позволяет дать более глубокую количественную оценку процесса дегумификации пахотных почв и стать основой прогнозирования.
Регрессионный анализ трансформации (Mann, 1986) запасов органического углерода в зависимости от длительности использования почв подтвердил,
что наибольшие изменения происходят в первые 20 лет. Во всех почвах
проявлялось влияние исходного содержания углерода: почва с очень низким
содержанием С (<1%) теряли очень мало гумуса или имели тенденцию к накоплению небольших количеств углерода после введения в культуру, почвы с высоким содержанием (>5%) С в период возделывания теряли ~ 20% С.Потери углерода большинством пахотных почв из верхнего (0-30 см) слоя составляют в
среднем менее, чем 20% от исходных величин (Титова, Когут, 1991). Z.K. Mann
(1985) пришел к заключению, что потери гумуса характерны в основном для
пахотных слоев, но они могут компенсироваться частично накоплением его в
нижележащих горизонтах. И.В. Припутиной (1989) проведено сравнение карты
изогумусовых полос, составленной В.В. Докучаевым в 1883 году, и современных почвенных карт, дана количественная оценка потерь гумуса и выявлены
пространственные особенности данного процесса за 80-100 лет. Показано, что
практически вся черноземная зона подвержена дегумификации. ЦентральноЧерноземные области характеризуются относительно низкими потерями гумуса
– от 1 до 4%.
Вопросы дегумификации целинных почв при сельскохозяйственном освоении освещены в ряде отечественных и зарубежных работ (Кононова, 1963;
"Рекомендации для исследования …", 1984; Орлов, 1985; Полупан, 1986; Чесняк, 1986; Носко, 1987; Никитин, 1988; "Воспроизводство гумуса …", 1989;
Крупкин, 1988; Макунина, 1989; Припутина, 1989; Розанов, Таргульян, Орлов,
1989; Шевцова, 1989; Щеглов, 1995; Когут, 1998; Gupta and at, 1988; Datal, 1986;
Woods, Schuman, 1988).
Выделяются два этапа дегумификации почв: резкое снижение содержания
и запасов гумуса при распашке целины и в дальнейшее уменьшение гумусированности старопахотных почв, тогда органические удобрения не вносятся. При
внесении свежего органического вещества (навоз, запашка трав и т.д.) содержание гумуса в пахотных почвах несколько возрастает (Орлов, 1985). При освоении почв под пашню значительно изменяются количество и качество поступающего в них органического вещества, условия гумификации и закрепления
гумуса, а следовательно, и гумусное состояние почв. В зависимости от характера сельскохозяйственного использования почв содержание и запасы гумуса
стабилизируются со временем на новом, более высоком уровне (ври условии
постоянства факторов гумусообразования (Ганжара, 1986). Эта стадия движе124
ния к новому равновесному состоянию в умеренных климатических условиях
занимает 25-50 лет (Anderson, Domsch, 1989).
Старопахотные почвы, трансформирующиеся под влиянием минеральных
удобрений, достигают стабилизации гумусного состояния за относительно короткий период. При экстремальных воздействиях, таких как сельскохозяйственное освоение целины или внесение ежегодно высоких доз органических
удобрений, требуются более длительные периоды (Jenkinson, 1988). Известно,
что наиболее существенное влияние на содержание и запасы органического
вещества почвы оказывает парование почвы. По данным Б.М. Когута (1987) за
14 лет бессменного парования верхний (10-40 см) слой типичного чернозема
ежегодно терял в среднем 2,2 т/га гумуса, а в зернопаропропашном севообороте
– в 5,5 раза меньше.
Наиболее значимые аспекты трансформации органического вещества в
почвах и изменение гумусного состояния почв при сельскохозяйственном освоении освещены в монографии В.И. Кирюшина, Н.Ф. Ганжары,
И.С. Кауричева, Д.С. Орлова, А.А. Титляновой, А.Д. Фокина "Концепция оптимизации режима органического вещества почв в агроландшафтах" (1993).
Одной из причин дегумификации почв является эрозия почв. Влияние
степени эродированности на состав органического вещества черноземов рассмотрено в разделе 2.4.
Накоплен обширный фактический материал по влиянию минеральных и
органических удобрений, севооборотов и обработок почвы на лабильные гумусовые вещества черноземных почв. Об этом подробнее см. разделы 2.5.1; 2.5.2;
2.5.3.
J.C. Burke с соавторами (1989) считает, что соединения органического углерода обеспечивают устойчивость агроэкосистем, но их содержание зависит
от многих факторов, и поэтому необходимы модели для управления гумусообразованием и прогнозированием динамики органического вещества.
Описание динамики трансформации органического вещества в почве является весьма сложной задачей. Но при проектировании систем земледелия для
сохранения почвенного плодородия и получения сельскохозяйственной растениеводческой продукции управление воспроизводством органического состояния почвы невозможно без оценки тенденции запасов гумуса в почве.
Накопленный научный материал, применение системного подхода, успехи в моделировании систем позволяют решать эти вопросы.
При разработке моделей были учтены следующие принципы:
1. В основу прогнозирования положены системный подход и методы моделирования.
2. Научной основой прогнозирования моделей служит динамика гумусного
состояния почв в процессе их сельскохозяйственного использования.
3. При разработке прогнозных моделей были:
 определены главные тенденции в динамике моделируемых объектов и их вероятные темпы и пределы;
125
 количественно оценено влияние систем земледелия, экспозиций склона на
гумусное состояние почв в зависимости от продолжительности возделывания, почв, их свойств, степени смытости;
 отдельно рассмотрено изменение гумусного состояния целины, залежи при
вовлечении их в сельскохозяйственное использование, так как темпы и особенности минерализации органического вещества почв при этом разные;
 коэффициенты минерализации, нормативные материалы различаются в зависимости от долгосрочности прогноза;
 в долгосрочном и среднесрочном прогнозах обязательно учитываются смены технологических систем, используемой техники, критериев экологического контроля.
Новое состояние органического вещества почвы в агроэкосистеме зависит от совокупности управляемых (культуры, органические удобрения, минеральные удобрения, органо-минеральные удобрения, обработки и т.д.) и неуправляемых факторов (климатические, погодные условия), а также от свойств
той среды, в которой протекает рассматриваемый процесс (гумусированность
почвы, гранулометрический состав и т.д.). Такие системы описываются балансовыми уравнениями. Для осуществления прогнозирования необходимы данные о начальном состоянии объекта и алгоритм перехода в новое состояние. В
данном случае алгоритмы перехода представляют собой уравнения балансового
типа, в основу которых положены методики определения баланса органического вещества, разработанные ТСХА и Почвенным институтом им. В.В. Докучаева (Лыков, 1979; "Рекомендации для исследования баланса …", (1984).
1. Определение изменения запасов гумуса в почве
Модели прогнозирования содержания гумуса в почве разработаны на основе предложенной нами методики определения баланса гумуса в почве под
бобовыми и небобовыми культурами, а также в чистом пару (см. раздел 3.2.1).
На основании формул 7-9, 13-15 рассчитывают баланс гумуса или изменение
запасов гумуса в почве с учетом вида культуры, планируемого урожая, гранулометрического состава почвы, обработки почвы, внесения азотных минеральных удобрений.
В севообороте на конкретном участке поля:
При n < 3,
ΔЗГС = ΔЗГ1+ΔЗГ2+ΔЗГ3
При 3 < n < 7,
если ΔЗГn > 0, тогда ΔЗГni= ΔЗГn· (I+K0),
если ΔЗГn < 0, тогда ΔЗГni= ΔЗГn· (I-K0),
ΔЗГС = ΔЗГ1i+ΔЗГ2i+…+ΔЗГni
При 7 < n < 12,
если ΔЗГn > 0, тогда ΔЗГn= ΔЗГn· (I+K0),
если ΔЗГn < 0, тогда ΔЗГn= ΔЗГn· (I-K0),
ΔЗГС = (ΔЗГ1i+ΔЗГ2i+…+ΔЗГni) ·0,8
ЗГnt=ЗГn0+ΔЗГn
126
2. Определение содержания гумуса в почве при вовлечении целины или залежи в сельскохозяйственное использование
ЗГnt=(1-KtПГ) ·ЗГ0
ЗГt= ЗГnt /(100·Н·d)
3. Определение изменения содержания в почве негумифицированного органического вещества
НВ=0,3·НВ+0,2·(ОУ1СОУ1+ОУ2СОУ2+…+ОУmСОУm)+
+0,1·[(а1+а)·у+в1+в] Спо+0,004·Усид
НВt' или НВt-1=0,2· (ОУ1*СОУ1+ОУ2*СОУ2+…+ОУmСОУm) +
+0,1ПО·Спо+0,004·Усид
НВt=F ·НВt-1+НВt'
4. Определение изменения в почве содержания лабильных гумусовых веществ
ΔЛГВ={0.1·К1[(a1+a)·y+в1+в]+ОУ·К5+0,01·МУ}·454,54-L·ЛГВt-1
В первый год
ЛГВt-1= ЛГВ1-1= ЛГВ0
ЛГВt= ЛГВ0+ΔЛГВ0
Для обеспечения функционирования моделей прогноза гумусного состояния черноземов для условий ЦЧЗ разработаны и собраны нормативные и
справочные материалы (приложения 1-15).
Проведена проверка адекватности моделей на фактическом материале,
определены отклонения расчетных данных, полученных при помощи разработанных моделей, от фактических. На основе статистической обработки установлено, что средняя разность между расчетными и фактическими значениями
содержания гумуса, негумифицированного органического вещества, лабильных
гуминовых веществ незначима (t < t0,98). В приложении 16 представлен прогноз
изменения гумусного состояния чернозема типичного мощного среднесуглинистого в пятилетнем зернотравянопропашном севообороте и чернозема типичного среднесмытого среднесуглинистого в четырехпольном зернотравяном севообороте. Показано, что даже в зернотравянопропашном севообороте при планируемой системе удобрений будет расширенное воспроизводство органического вещества в почве. Даже, если не вносить 15 т/га навоза под сахарную
свеклу во вторую ротацию, в почве можно ожидать воспроизводство органического вещества в почве.
Для долгосрочного прогнозирования для чернозѐмных почв разработана
двухкомпонентная модель динамики запасов гумуса Ю.П. Сухановским, Н.П.
Масютенко, С.И. Санжаровой и А.В. Прущик (2008). Погрешность расчета по
модели εмод =2,2%. В модели введены две компоненты гумуса: устойчивая и неустойчивая. Получены следующие значения параметров модели. Доля растительных остатков, которая трансформируется в неустойчивую компоненту
0.198, а в устойчивую компоненту 0.052. Период полураспада для растительных
остатков 1.12 года, для неустойчивой компоненты 2.87 года, для устойчивой
компоненты 147.2 года. Используя полученные значения параметров, модель
проверена по независимым фактическим данным, которые получены на много127
факторном полевом опыте ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии в черноземе типичном. Долгосрочный прогноз неблагопроиятный, для сохранения
имеющихся запасов гумуса требуется внесение в почву значительно большего
количества органического вещества, чем это делается в настоящее время.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Органическое вещество почвы представляет собой открытую гетерогенную многокомпонентную термодинамическую систему, состоящую из органических и собственно гумусовых веществ, включающую негумифицированное
органическое вещество, лабильные гумусовые вещества, микробную биомассу
и инертный гумус, различающиеся по степени связи с минеральной частью
почвы и по скорости разложения. Рассматривая в данной работе органическое
вещество почвы с таких позиций и положений Д.С. Орлова (1990) и А.Д. Фокина (1995) об устойчивости, следует, что каждый ее компонент, относясь либо к
инертно-устойчивым структурам, либо к лабильным составляющим, играет определенную роль в устойчивости его структуры и функционировании.
Проблема устойчивости органического вещества почвы очень важна с
экологической точки зрения для сохранения природных почвенных ресурсов.
Его устойчивое функционирование в почве поддерживается благодаря определенным соотношениям между инертным и лабильным гумусом, между гумусом
и негумифицированным органическим веществом, между лабильными гумусовыми веществами и негумифицированным органическим веществом, наличию
механизма обратной связи между его компонентами и постоянного притока
вещества и энергии в виде органических удобрений и растительных остатков.
В устойчивости собственно гумусовых веществ почвы большую роль играет негумифицированное органическое вещество, которое выполняет по отношению к ним защитную и гумусовоспроизводительную функцию. При снижении его содержания в почве возрастает роль лабильных гумусовых веществ в
обеспечении устойчивости органического вещества почвы. Пределы устойчивости органического вещества почвы определяются наличием в ней негумифицированного органического вещества и его количеством. Для повышения устойчивости органического вещества пахотных почв следует стремиться к значениям соотношений его компонентов в целинной почве.
Для воспроизводства почвенного органического вещества почвы необходимо поступление в нее такого количества органического вещества, которое
обеспечивало бы оптимальные соотношения между гумусом и негумифицированным органическим веществом.
Экспериментальными исследованиями установлено, что в процессе сельскохозяйственного использования в пахотных почвах по сравнению с целинными содержание негумифицированного органического вещества снижается в
2-2,4 раза, общего гумуса на 25-52% и лабильных гумусовых веществ на 3350% в зависимости от степени эродированности и местоположения в рельефе.
Изменяются соотношения между компонентами органического вещества: увеличивается доля инертного гумуса, сокращается – лабильной части, а в ней –
128
негумифицированного органического вещества. Уровни варьирования в пространстве компонентов и групп органического вещества чернозема типичного
различны и зависят от экспозиции склона, местоположения в рельефе и глубины.
Выявлено "пульсирование" системы органического вещества в черноземе
типичном в течение ротации, выражающееся в изменении уровня содержания
различных компонентов органического вещества, их соотношений, связанное с
различными количествами вещества и энергии, которые потребляют или привносят в систему культуры, поступают с удобрениями и расходуются в зависимости от обработки почвы. Впервые установлен механизм обратной связи, заключающийся в том, что снижение или увеличение в почве содержания негумифицированного органического вещества вызывают закономерные изменения
в системе органического вещества почвы. Впервые предложен показатель устойчивости органического вещества почвы и шкала его оценки.
В эродированных черноземах сокращается содержание всех компонентов
органического вещества почвы, изменяются соотношения между ними, снижается его устойчивость, ухудшается тип гумуса, уменьшается количество гуминовых кислот, свободных и связанных с полуторными окислами и кальцием, по
сравнению с неэродированными. Установлены особенности количественного и
качественного состава органического вещества чернозема типичного в зависимости от экспозиции. В почвах южного склона, по сравнению с северным,
меньше содержание лабильных гумусовых веществ в 2,3-6,3 раза, гумуса,
ухудшается их качество.
Севообороты существенно влияют на запасы в почве негумифицированного органического вещества, содержание и степень воспроизводства гумуса и
лабильных гумусовых веществ; органо-минеральные удобрения – на лабильные
гумусовые вещества, их состав, воспроизводство гумуса. Степень и характер
влияния безотвальной обработки по сравнению со вспашкой на содержание, состав гумуса и лабильных гумусовых веществ в черноземах определяется продолжительностью применения обработки, видом севооборота, экспозицией
склона, внесением органо-минеральных удобрений. Содержание азота в элементном составе лабильных гуминовых кислот в пахотном слое чернозема типичного под влиянием безотвальной обработки достоверно снижается по сравнению с отвальной.
Лабильные гуминовые кислоты оказывают большее влияние на урожай и
продуктивность ячменя, чем озимой пшеницы. Характер и степень взаимосвязи
урожая и продуктивности озимой пшеницы с составом гумусовых веществ чернозема типичного зависят от внесения удобрений, вида обработки, глубины
изучаемого слоя почвы. Выявлена тесная связь гумуса с микрофлорой, обусловливающей азотный режим почвы, лабильных гумусовых веществ и лабильных гуминовых кислот – с грибами.
Предложен методический подход к управлению воспроизводством органического вещества почвы, основанный на достижении оптимальных или оп129
тимально допустимых параметров гумусного состояния, учете, оценке, контроле и прогнозировании изменения их фактического состояния.
Разработана система управления воспроизводством органического вещества почвы, включающая разработку системы мероприятий по управлению,
оценку и контроль за гумусным состоянием, прогнозирование его изменения,
обеспечивающая воспроизводство и устойчивость органического вещества почвы, получение планируемых стабильных урожаев сельскохозяйственных культур высокого качества, сохранение и повышение почвенного плодородия, охрану окружающей среды и снижение потребности хозяйства в навозе. Нормативные материалы обеспечивают применение разработки в условиях ЦЧЗ на черноземных почвах.
Для рационального использования природных и антропогенных ресурсов,
улучшения экологического состояния почв, сохранения и повышения их плодородия (при снижении потребностей хозяйства в навозе), получения планируемых урожаев, повышения устойчивости земледелия предлагается система
управления воспроизводством и устойчивостью органического вещества черноземов ЦЧЗ. Система оценки и контроля гумусного состояния черноземов может
быть использована при мониторинге окружающей среды. Разработанная и апробированная методика определения оптимальных и критических параметров
почвенного плодородия может быть использована при проведении научных исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. –656 с.
2. Адерихин П.Г. Изменение плодородия черноземов Центрально-Черноземной полосы при окультуривании //Доклад к VIII Международному конгрессу почвоведов. – М.:
Наука, 1964. – С. 36.
3. Акентьева Л.И., Чижова М.С. Изменение гумусообразования черноземах при длительном применении плоскорезной обработки. //Почвоведение. –1986. №2. – С. 69-74.
4. Аксенова С.М., Туев Н.А. Изучение трансформации биомассы растений и азотных
удобрений в почвах методом изотопной индикации. /Современные методы исследования
почв. Всесоюз. науч. конф. - М. , 1983. –С. 137.
5. Александрова И.В. Об использовании гуминовых кислот микроорганизмами
//Почвоведение. -1953. №6. –С. 15-21.
6. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. – Л: Наука, Ленингр. отд-ние, 1980. – 288 с.
7. Алиев С.А. Экология и энергетика биохимических процессов превращения органического вещества. – Баку: ЭЛМ, 1978. –253 с.
8. Асмус Ф., Харрман М. Воспроизводство органического вещества почвы. Обзор. –
М.: Академия с.-х. наук. Институт с.-х. информации и документации, 1978. –С. 20-47.
9. Ахтырцев Б.П. Гумус эродированных черноземов //Органическое вещество пахотных почв: Научн. тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. –М. 1987. –С. 109-117.
10. Ахтырцев Б.П., Ахтырцев А.Б. Почвенный покров Среднерусского Черноземья. –
Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1993. –216 с.
11. Багаутдинов Ф.Я. Обновление компонентов серой лесной почвы и чернозема типичного при длительной гумификации меченных по углероду растительных остатков
//Почвоведение. – 1994. №2. – С. 50-56.
130
12. Балаев А.Д., Бережняк М.Ф. Гумусное состояние и водно-физические свойства
чернозема типичного при его различном использовании //Сиб. вестник. с.-х. науки. –1987.
№4. –С. 8-12.
13. Бамбалов Н.Н. Уравнение баланса органического вещества торфяных почв
//Химия и химическая технология торфа. –Минск. 1979. –С. 7-9.
14. Благовещенский Ю.Н. Дмитриев Е.А., Самсонова В.П. Метод квантилей в исследовании изменчивости свойств почв //Почвоведение. -1983, №2. С. 125-134.
15. Благодатский С.А., Благодатская Е.В., Горбенко А.Ю., Паников Н.А. Регидрационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве //Почвоведение. – 1987. №4. –
С. 64-71.
16. Богданов Ф.М., Середа Н.А. Влияние различных систем удобрения на гумусное
состояние и продуктивность чернозема типичного //Агрохимия. – 1998. №4. – С. 18-24.
17. Бурлакова Л.М. Комплексы параметров различных уровней почвенного плодородия и пути его управления в системе земледелия в Алтайском крае //Экологические проблемы интенсификации земледелия в Алтайском крае: Тез. докл. к конф. -Барнаул, -1983. – С.
92-96.
18. Ваксман С.А. Гумус. Происхождение, химический состав и значение его в природе. – М.: Сельхозгиз, 1937. -471 с.
19. Вильямс В.Р. Собрание сочинений. – М.: ОГИЗ. –Сельхозгиз, 1950. – Т.5. – 642 с.
20. Володин В.М. , Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. Изменение состава гумусовых
веществ и биологической активности эродированных черноземов при минимализации обработки. //Вестник с.-х. науки. -1988, №2 (377), -С. 55-59.
21. Володин В.М., Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. Гумусное состояние черноземов
Курской области //Науч. тех. бюл. ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии. –1984. №4
(43). –С. 12-16.
22. Володин В.М., Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. Изменение состава гумусовых
веществ и биологической активности эродированных черноземов при минимализации обработки //Вестник с.-х. науки. –1998. №2 (377). –С. 55-59.
23. Володин В.М., Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. Методические рекомендации по
регулированию гумусного состояния черноземных почв Курской области. ВАСХНИЛ.
Курск, ВНИИЗиЗПЭ: 1990. –51 с.
24. Володин В.М., Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. Модель управления балансом
органического вещества и биологическими свойствами почв ЦЧЗ //Прогноз развития эрозионных процессов и устойчивость агроландшафтов к воздействию естественных и антропогенных факторов: Сб. науч. тр. /ВНИИЗиЗПЭ. - Курск, 1990. –С. 75-86.
25. Володин В.М., Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. Регулирование гумусного состояния черноземных почв //Проблема гумуса в земледелии и использование органических
удобрений: Тез. докл. Всес. конф., 21-23 сент., 1987. –Владимир, -1987. – С. 67-69.
26. Володин В.М., Сухановский Ю.П., Чередничеко А.Б. Математическая модель динамики гумуса. //Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. –1985. №36. –С. 43-44.
27. Воронков В.А. Режим подвижных компонентов гумуса в почве черного пара: Сб.
науч. тр: Совершенствование полевых севооборотов в ЦЧЗ. -Воронеж, 1984. -С. 54-62.
28. Вьюгин С.М. Обработка почвы как фактор гумусового баланса. Автореф. канд.
дис. М. 1978. -26 с.
29. Гамзиков Г.А., Кулагина М.Н. Влияние длительного систематического применения удобрений на органическое вещество почв //Почвоведение. – 1990. №11. – С. 58-67.
30. Гамзиков Г.А., Кулагина М.Н. Изменение содержания гумуса в почвах в результате сельскохозяйственного использования //Обзорная информация ВНИИТЭИ Агропром. М.,
1992.
131
31. Ганжара Н.Ф. Гумусообразование и агротехническая оценка органических веществ подзолистых и черноземных почв Европейской части СССР: Дис. … д-ра биол. наук.
М., 1988. –325 с.
32. Гемсте И.К., Рейнфельд Л.Б., Закке И.Ф. и др. Учет и оценка баланса органического вещества почв //Химизация сельского хозяйства. –1990. №6. –С. 19-21.
33. Георги А. Показатели плодородия склоновых черноземов //Сб. науч. трудов
Харьковского СХИ. – Харьков, 1982. –т. 284. –С. 31-34.
34. Гильманов Т.Г. Линейная модель многолетней динамики почвенного органического вещества //Вестник МГУ Сер. Биология, почвоведение. - М.: изд-во МГУ, 1974. №6. –
С. 69-73.
35. Гильманов Т.Г., Базилевич Н.И. Количественная оценка источников гумусообразования русского чернозема (концептуально-балансовая модель) //Вестник МГУ. Сер. 17
Почвоведение. – М.: изд-во МГУ, 1983. №.6 –С. 9-16.
36. Глазунов Г.П. Оптимальные и предельно допустимые значения содержания микробной биомассы и органического вещества в черноземе типичном для ячменя // Модели и
технологии оптимизации земледелия: Сборник докладов международной научнопрактической конференции. – Курск: ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2003. – С. 131-134.
37.
Глазунов Г.П. Активный пул органического вещества чернозема типичного и
его связь с урожайностью зерновых культур: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. Курск, 2009.24с.
38. Гончар-Зайкин П.П., Журавлев О.С. Балансовая модель динамики органического
вещества почвы и идентификация ее параметров //Бюл. Почв. ин-та им В.В. Докучаева. 1985. №36. –С. 41-43.
39. Гончар-Зайкин П.П., Журавлев О.С. Метод монографического расчета гумусового
баланса минеральных пахотных почв в севообороте. //Плодородие почв и пути его повышения. –М., 1983. –С. 154-159.
40. Гончар-Зайкин П.П., Журавлев О.С. Упрощенная модель динамики содержания
гумуса в почве. //Теоретические основы и количественные методы программирования урожаев: Сб. тр. по агрон. физике, Л., 1979. –С. 158-165.
41. Гончар-Зайкин П.П., Журавлев О.С., Коновалов Н.Ю. Управление гумусовым режимом в структуре почвенного покрова. //Вестник с.-х. науки. –1987. №4. –С. 13-20.
42. Гончар-Зайкин П.П., Коновалов Н.Ю., Журавлев О.С. Принципы моделирования
динамики органического вещества в почве //Биологические науки. –1988. №12. –С. 43-51.
43. Горбачева А.Е. Влияние длительного применения безотвальной обработки на содержание органического вещества в черноземах степной зоны УССР. – Почвоведение. -1981.
№1. С. 94-100.
44.
Горбачева А.Е. Влияние длительного применения безотвальной обработки на
содержание органического вещества в черноземах степной зоны УССР. //Почвоведение. 1983. –№10. –С. 84-88.
45.
Гришина Л.А. Гумусообразование и гумусовое состояние почв. –М.: Изд-во
МГУ, 1986. –243 с.
46.
Гришина Л.А., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв
//Проблемы почвоведения. – М., 1978. – С. 42-47.
47.
Дергачева М.И. Система гумусовых веществ почв: пространственные и временные аспекты. – Новосибирск: Наука, 1989. –174 с.
48.
Дмитриев Д.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд-во МГУ,
1972. –292 с.
49.
Добровольский Г.В. Тихий кризис планеты //Вестник сельскохозяйственной
науки. Т. 67. – 1997. №4. – С. 313-320.
50.
Добровольский Г.В. Экологическое значение охраны почв //Вестник сельскохозяйственной науки. Т. 67. – 1990. №7. – С. 10-13.
132
51.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. –М.: Агропромиздат. 1965. –351 с.
52.
Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. Практикум по земледелию. М.:
Колос, 1977. -368 с.
53.
Дьяконова К.В. Методы исследования органических веществ в лизиметрических водах, почвенных растворах и других аналогичных природных объектах. //Методы стационарных исследований почв. т. 2. –М.: Наука., 1977. – С. 199-226.
54.
Дьяконова К.В. Оценка плодородия почв по содержанию и качеству гумуса, ее
теоретическая основа: Тез. докл. 2 съезда общества почвоведов, (С.-Петербург 27-30 июня,
1996). РАН, Кн. 1. – С.-Петербург: -1996. – С. 341-342.
55.
Ефремов В.В. Моделирование почвенного плодородия чернозема типичного
//Модели плодородия почв и методы их разработки: Научные труды Почв. ин-та им В.В. Докучаева. –М., 1982. –С. 78-84.
56.
Жуков В.В. Регулирование баланса гумуса в почве. –М.: Росагропромиздат,
1988. –39 с.
57.
Журавлев О.С., Коновалов Н.Ю. Моделирование как метод обоснования
управления содержанием и составом органического вещества почвы. //Управление почвенным плодородием: Сб. науч. тр. АФИ. -Л., 1986. -С. 108-116.
58.
Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. -М., 1987. –С. 15-38.
59.
Закономерности пространственного варьирования свойств почв и информационно-статистические методы их изучения. – М.: Наука, 1970. – 220с.
60.
Карамшук З.П., Роктанэн Л.С. Баланс углерода, азота и фосфора в растительных остатках и в темно-каштановой почве Северного Казахстана //Агрохимия. – 1979. №10. –
С. 92-96.
61.
Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. М.:
Изд-во МГУ, 1977. –312с.
62.
Керженцев А.С. О разработке экологической концепции в почвоведении
//Почвоведение. – 1995. №7. – С. 811-816.
63.
Кершенс А. Значение различных культур и севооборотов в обеспечении почв
органическим веществом. - ГДР. 1988. -№261. –С. 347-352.
64.
Кирюшин В.И., Ганжара Н.Ф., Кауричев И.С., Орлов Д.С., Титлянова А.А.,
Фокин Д.А Концепция оптимизации режима органического вещества почв в агроландшафтах. –М.: Изд-во МСХА им. К.А. Тимирязева, 1993. –99 с.
65.
Кирюшин В.И., Лебедева И.Н. Изменение содержания гумуса черноземов Сибири и Северного Казахстана под влиянием сельскохозяйственного использования.
//Доклады ВАСХНИЛ. –1984. -№5. –С. 4-7.
66.
Кирюшин В.И., Лебедева И.Н. Опыт изучения органического вещества черноземов Северного Казахстана при их сельскохозяйственном использовании. //Почвоведение.
1972. №5. -С. 128-133.
67.
Ковда В.А, Розанов Б.Г. Почвоведение. Почва и почвообразование. Ч. 1. –М.:
Высш. шк., 1988. –400с.
68.
Когут Б.М. Влияние длительного сельскохозяйственного использования на
гумусовое состояние чернозема типичного //Органическое вещество пахотных почв: Науч.
тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. - М., 1987. –С. 113-126.
69.
Когут Б.М. Изменение содержания, состава и природы гумусовых веществ при
сельскохозяйственном использовании типичного мощного чернозема. Автореф. дис. … канд.
с.-х. наук. - М.: Почвенный институт, 1982. – 24 с.
70.
Когут Б.М. Трансформация гумусового состояния черноземов при их сельскохозяйственном использовании //Почвоведение. – 1998. №7. – С. 794-802.
71.
Когут Б.М., Булкина Л.Ю. Сравнительная оценка воспроизводимости методов
определения лабильных форм гумуса черноземов. //Почвоведение. – 1987. №4. – С. 143-145.
133
72.
Когут Б.М., Дьяконова К.В., Травникова Л.С. Состав и свойства гуминовых
кислот различных вытяжек и фракций типичного чернозема. //Почвоведение . 1987. №7. - С.
38-45.
73.
Когут Б.М., Масютенко Н.П. О некоторых изменениях типичного чернозема
под влиянием плоскорезной обработки. //Почвоведение, 1990. №1, -С. 148-153..
74.
Когут Б.М., Масютенко Н.П. Элементный состав лабильных гуминовых кислот черноземов //Почвоведедние. –1992. №1. –С. 91-94.
75.
Когут Б.М., Масютенко Н.П., Володарская И.В. Теоретическая оценка содержания гумуса в почвах и практические аспекты ее использования в земледелии черноземных
регионов России. // Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции
ВНИИЗиЗПЭ «Инвестиционно-технические основы развития земледелия», 19-21 сентября
2006 г., г. Курск. – Курск. 2006. С. 328-332
76.
Когут Б.М., Романенков В.А., Масютенко Н.П. и др. Динамика содержания органического углерода в длительных полевых опытах на типичном чернозѐме и еѐ моделирование// Динамика органического вещества почвы в длительных полевых опытах и еѐ моделирование: Материалы Международного научного симпозиума, ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН,
14-17 сентября 2010 г., Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН. – 2010.- С.4-6.
77.
Коновалов Б.Г., Гончар-Зайкин П.П., Журавлев О.С. Моделирование циклов
азота и углерода в почве //Проблемы азота в инт. земледелии. - Новосибирск, 1990. –С. 80-82.
78.
Кононова М.М. Органическое вещество почвы. – М: Изд-во АН СССР, 1963. –
314 с.
79.
Кононова М.М. Проблема органического вещества почвы на современном
этапе //Органическое вещество целинных и освоенных почв. – М.: Наука, 1972. –С. 7-29.
80.
Кононова М.М. Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучение. – М.: Изд-во АН СССР, 1951. –390 с.
81.
Кононова М.М. Процессы превращения органического вещества и их связь с
плодородием почвы //Почвоведение. – 1968. №8. – С. 17-27.
82.
Кордуняну П.Н., Донос А.И. Баланс органического вещества в почве и система
удобрений. //Система удобрений в интенсивном земледелии. –Кишинев, 1978. –С. 42-52.
83.
Коулман Л.К., Коул К.В., Элиисон З.Т. Распад и круговорот органического
вещества и динамика питательных веществ в агроэкосистемах //Сельскохозяйственные экосистемы (перевод с англ.).- М.: Агропромиздат, 1987. –С. 85-103.
84.
Кубат Я., Липавски Я. Баланс органического вещества в длительных полевых
опытах республики Чехия// Динамика органического вещества почвы в длительных полевых
опытах и еѐ моделирование: Материалы Международного научного симпозиума, ГНУ
ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 14-17 сентября 2010 г., Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН. – 2010.- С.
6-7.
85.
Кузнецова И.В. Роль содержания и качества органического вещества дерновоподзолистых почв и черноземов в образовании водопрочной структуры: Тез. докл. 2 съезда
общества почвоведов, (С.-Петербург 27-30 июня 1996). Кн. 1. – С.-Петербург: РАН, 1996. –
С. 87-88.
86.
Кулаковская Н.Н., Кнашинс Б.В., Богдевич И.Г. и др. Оптимальные параметры
плодородия почв. – М.: Колос, 1984. –271 с.
87.
Лактионов Н.И., Корецкая Л.К. Гумус в длительно удобряемых черноземах
//Тр. Харьковского СХИ. – Харьков, 1977. –С. 14-19.
88.
Левин Ф.Н. Гумусовый баланс в областях Нечерноземной зоны и пути увеличения гумуса в почве: Сб. науч. тр.: Вопросы Нечерноземной зоны РСФСР. –М.: Изд-во
МГУ. IV, 1978. –39 с.
89.
Левин Ф.Н. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах. –М.: Мысль, 1978. – С. 14-21.
134
90.
Литвак Ш.И. Системный подход к агрохимическим исследованиям. –М.: Агропромиздат, 1990. –220 с.
91.
Лыков А.М. Гумус и плодородие почвы. -М.: Московский рабочий, 1985. –191
с.
92.
Лыков А.М. К методике расчетного определения гумусового баланса почвы в
интенсивном земледелии //Изв. ТСХА. –1979. №6. –С.14-20.
93.
Лыков А.М., Вьюгин О.М. Баланс гумуса в дерново-подзолистой почве разной
степени окультуренности в зависимости от основной обработки и внесения минеральных
удобрений. //Изв. ТСХА. –1980. Вып. 54. –С. 20-28.
94.
Макунина Г.С. Потери в содержании и запасах гумуса при земледельческом
освоении черноземов и каштановых почв //География и природные ресурсы. –1989. №2. –С.
52-58.
95.
Малкина-Пых И.Г. Модель формирования гумуса в естественных и сельскохозяйственных экосистемах //Почвоведение. – 1995. №74. – С. 904-914.
96.
Мамонтов В.Г., Родионова Л.П. Быковский Ф.Ф., Абубакар Сирадж. Лабильное органическое вещество почвы: номенклатурная схема, методы изучения и агроэкологические функции //Известия ТСХА. –2000. №4. –С. 93-108.
97.
Масютенко Н.П. Деградация гумусного состояния черноземов ЦЧЗ при сельскохозяйственном использовании: Всероссийская научно-практ. конф. "Русский чернозем
2000", Белгородская обл., Прохоровка, 17-19 марта 2000. – Сб. статей участников конференции.- М., 2000. –С. 147-150.
98.
Масютенко Н.П., Болотских Г.А. Роль органических удобрений в воспроизводстве количественного и качественного состава органического вещества черноземов в агроландшафте /Материалы международной научно-практической конференции, посвященной
20-летию ВНИПТИОУ. – М.: РАСХН – ВНИПТИОУ, 2002. –С. 308-310.
99.
Масютенко Н.П., Гатилова С.Я. Деградация гумусного состояния черноземов
ЦЧЗ в процессе сельскохозяйственного использования и пути его регулирования /Материалы
Международной научной конференции "Опустынивание и деградация почв: Материалы Международной научной конференции". Москва. Российская Федерация, 11-15 ноября 1999. –
М.: Изд-во МГУ, 1999. –С. 303-304.
100.
Масютенко Н.П., Когут Б.М., Татошин И.Ф. Закономерности влияния обработок почвы на содержание, состав и природу гумусовых веществ черноземов //Прогноз развития эрозионных процессов и устойчивость агроландшафтов и воздействию естественных и
антропогенных факторов: Сб. науч. тр. ВНИИЗиЗПЭ. –Курск, 1990. –С. 86-101.
101.
Масютенко Н.П., Когут Б.М. Термодинамические характеристики лабильных
гуминовых кислот чернозема типичного и влияние на них агрогенных факторов и местоположения в рельефе //Гуминовые вещества в биосфере: Тез. докл II межд. конф. 3-6 февр.
2003. –М. –С.-Петербург, 2003. –С. 54-55.
102.
Масютенко Н.П., Панкова Т.И. Оценка связи показателей гумусного состояния почвы с параметрами плодородия чернозема типичного /Идеи В.В. Докучаева и современные проблемы сельской местности: Материалы Международной научно-практической
конференции. В двух частях. Часть II. –Москва – Смоленск, 2001. –С. 199-203.
103.
Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. Взаимосвязь подвижных гумусовых веществ
с биологической активностью чернозема типичного и урожаем сельскохозяйственных культур. //Проблемы гумуса в земледелии: Тезисы докладов совещания. Новосибирск, 5-8 авг.,
1986. –Новосибирск, 1986. –С. 71.
104.
Масютенко Н.П., Юринская В.Ф. О связи подвижных гумусовых веществ в
черноземе типичном с жизнедеятельностью микроорганизмов /Плодородие черноземов в
связи с интенсификацией их использования: Науч. тр. Почвенного института им. В.В. Докучаева. М., 1990. –С. 248-254.
135
105.
Масютенко Н.П. Энергетический потенциал органического вещества черноземов и управление его воспроизводством: Автореф. дис. д-ра с.-х. наук. Курск, 2003, 47 с.
106.
Масютенко Н.П. Научные основы управления воспроизводством органического вещества почвы/ Достижения науки и техники АПК/ № 1, 2005. - С. 6-8.
107.
Масютенко Н.П. Агрогенная деградация гумусного состояния черноземов ЦЧЗ
// Материалы Всероссийской научной конференции «ЧЕРНОЗЕМЫ РОССИИ: экологическое состояние и современные почвенные процессы», Воронеж: изд-во ВГУ,2006. 3с.
108.
Масютенко Н.П. Деградация и устойчивость органического вещества черноземов ЦЧЗ/ Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России
и сопредельных странах: Материалы IV Международной научной конференции, г. Белгород,
2010.- С.117-122.
109.
Матвеева В.Н. Условия бездефицитного баланса гумуса в пахотных почвах
БССР. //Почвы БССР и пути повышения их плодородия: Докл. к 5-му Всесоюзн. съезду почвоведов. Минск, 1977. –С. 70-73.
110.
Математическое моделирование плодородия почв с применением ЭВМ: Бюл.
Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. – М., 1985. –Вып. XXXVI. -62 с.
111.
Махинин С.В., Тихомиров Ф.А. Модель многолетней динамики стабильного
углерода 14С в целинных черноземах и степного биогеоценоза. //Вестник МГУ. Серия 17.
Почвоведение. –1984. №4. –С. 13-18.
112.
Муха В.Д. Агропочвоведение. - М.: Колос, 1994.
113.
Назарюк В.М. Баланс углерода и азота в почве в зависимости от уровня азотного питания растений и отношение С:N в растительных остатках овощных культур и картофеля //Агрохимия. – 1986. №1. – С. 8-18.
114.
Наконечная М.А., Явтушенко В.Е. Потери гумуса на склоновых землях ЦЧО
//Почвоведение. – 1989. №5. – С. 19-26.
115.
Наконечная М.А., Явтушенко В.Е. Различия агроэкологических условий на
склонах южной и северной экспозиций Центрально-Черноземной области //Почвоведение. –
1988. №10. – С. 28-35.
116.
Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике. История, теория и практика. –Л.:
Наука, 1984. –139 с.
117.
Никитин Б.А. Уточнения к методике определения гумуса в почве //Агрохимия.
– 1983. №8. – С. 101-106.
118.
Никифоренко. Л.Н. Влияние удобрений и обработок почв на содержание в них
гумуса. Обзор. //Агрохимия. -1985, №8, -С. 105-122.
119.
Никофоренко Л.И. Безотвальная обработка и гумусовое состояние эродированного чернозема //Земледелие. –1989. №3. –С. 27-29.
120.
Носко В.С. Изменение гумусного состояния чернозема типичного под влиянием удобрений //Почвоведение. – 1987. №5. – С. 26-32.
121.
Опенлендер И.В. Групповой и фракционный состав гумуса эродированных
черноземов и серых лесных почв ЦЧО //Почвоведение. – 1978. №4. – С. 42-46.
122.
Опенлендер И.В. Потери и накопление гумуса в эродированных почвах
//Вестник с.-х. науки. –1980. №9. – С. 34-39.
123.
Органическое вещество пахотных почв: Научные труды Почв. ин-та им В.В.
Докучаева. –М., 1987. –173 с.
124.
Орехова Н.П. Володин В.М., Юринская В.Ф. Модели плодородия чернозема
типичного (для озимой пшеницы): Труды докладов VII Делегатского съезда ВОП. -Ташкент,
1985. -Т. 3. –С. 16.
125.
Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. – М.: Издво Моск. ун-та, 1990. –325 с.
126.
Орлов Д.С. Проблемы контроля и улучшения гумусного состояния почв.
//Научн. Доклады высш. школы. Биол. науки. –1981. №2. –С. 9-20.
136
127.
Орлов Д.С. Роль гумусовых веществ в плодородии почв и их влияние на урожай сельскохозяйственных культур (обзор). //Итоги науки и техники. Сер. Почвоведение и
агрохимия. Т. 2. Проблемы почвоведения. - М., 1979. С.87-162.
128.
Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. – М.: Наука, 1996. –256 с.
129.
Оценка почв по содержанию и качеству гумуса для производственных моделей почвенного плодородия (рекомендации). - М.: Агропромиздат, 1990. –27 с.
130.
Панкова Т.И. «Параметры плодородия чернозема типичного в агроландшафте,
их взаимосвязь и экологическая роль органического вещества почвы», Автореф. дис. канд.
биол. наук. Воронеж, 2002.- 24 с.
131.
Панкова Т.И., Глазунов Г.П. Изменение экологически значимых параметров
чернозема типичного для ячменя в зависимости от экспозиции склона / // Инвестиционнотехнологичесакие основы развития земледелия: Сборник докладов Всероссийской научнопрактической конференции. – Курск: ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2006. – С. 366-370.
132.
Параметры плодородия основных типов почв. – М.: Агропромиздат. 1988. -262
с.
133.
Пелих В.И. Имитационно-регрессионная модель динамики органического вещества почвы //Упр. почв. плодородием. –Л., 1986. -С. 88-94.
134.
Плодородие почв: проблемы, исследования, модели: Сб. науч. тр. /Почв. ин-т
им. В.В. Докучаева/ Отв. ред. Л.Л. Шишов, В.А. Рожков. – М., 1985. -125 с..
135.
Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения). - Ленинград: Наука, 1980. –221 с.
136.
Попов П.Д., Жуков А.И., Лукин С.М. Мосалева В.В. Расчет баланса гумуса и
потребности в органических удобрениях: Метод. рекомендации. – Владимир, 1986. –17 с.
137.
Припутина И.В. Антропогенная дегумификация черноземов Русской равнины
//Вестник МГУ, Сер. Почвоведение. –1989. №5. С. 57-60.
138.
Рабочев И.С., Королева И.Е. Показатели плодородия почв и пути их регулирования //Плодородие почв: пробл., исслед., модели. -М., 1985. -С. 29-37.
139.
Рекомендации для исследования баланса и трансформации органического вещества при сельскохозяйственном использовании и интенсивном окультуривании почв.
ВАСХНИЛ. Почвенный институт им. В.В. Докучаева. -М.: 1984. 96 с.
140.
Розанов Б.Г. Расширенное воспроизводство почвенного плодородия (некоторые теоретические аспекты) //Почвоведение. -1987. №2. –С. 5-15.
141.
Ромейко И.Н., Плишко М.К., Битюкова Л.Б, Зиль Л.М. Гумус и его трансформация почвенными микроорганизмами при различных агротехнических приемах: Тез. Доклады Делегатс. съезда Всес. общества почвоведов. Ташкент, 9-13 сентября 1985 г., ч. 2".
Ташкент, 1985, С. 130.
142.
Рыжова И.М. Анализ гумусонакопления в зональных природных экосистемах
на основе математической модели //Вестник МГУ. –1991. №1. –С. 28-33.
143.
Рыжова И.М. Проблемы и перспективы моделирования динамики органического вещества почв// Динамика органического вещества почвы в длительных полевых опытах и еѐ моделирование: Материалы Международного научного симпозиума, ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 14-17 сентября 2010 г., Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН. – 2010.- С.19-20.
144.
Салицевич С.А. Гелеобразные корневые выделения растений и их действие на
почву и корневую микрофлору. //Методы изучения продуктивности корневых систем. Международный симпозиум. - Л., 1968. –С. 53.
145.
Семенов В.А., Березовский В.А., Драгунов О.А., Леонтьев О.А. Оптимальные
параметры свойств почв для возделывания культурных растений //Теоретические основы и
методы определения оптимальных параметров свойств почв: Научные труды Почв. ин-та им
В.В. Докучаева. – М., 1980. –С. 51-62.
137
146.
Сидоров Н.М., Воронков Б.А. Изменение разных подвижных форм гумуса под
влиянием способов возделывания культур в агроценозах //Доклады ВАСХНИЛ. –1980. №11.
–С. 7-8.
147.
Сталбов Р.Я. Проблема коренного улучшения эродированных почвы путем
мелиорации торфированием. В сб. Почва и урожай. – Рига: Знание, 1972. – С. 112-117.
148.
Сухановский Ю.П., Масютенко Н.П., Санжарова С.И., Прущик А.В. Математическое моделирование динамики запасов гумуса в черноземе: прогноз и выводы/ Достижения науки и техники АПК.- 2009. № 1. – С. 13-15.
149.
Сухановский Ю.П., Масютенко Н.П., Санжарова С.И., Прущик А.В. Долгосрочное прогнозирование изменения запасов гумуса в почве/ Земледелие.-№ 4, 2010, С. 2225.
150.
Сухановский Ю.П., Санжарова С.И., Прущик А.В. Моделирование динамики
гумуса в эродированном черноземе // Динамика органического вещества почвы в длительных
полевых опытах и еѐ моделирование: Материалы Международного научного симпозиума,
ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 14-17 сентября 2010 г., Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН. –
2010.- С.4-6.
151.
Тейт Р. Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты: Пер. с англ. - М.: Мир, 1991. –400 с.
152.
Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров
свойств почв. /Сб. науч. тр /Почв. ин-т им. В.В. Докучаева/ Отв. ред. А.В. Соколов, Т.Н. Кулаковаская, Л.Н. Кораблева, Д.М. Алексеева. –М., 1980. -128 с.
153.
Титлянова А.А. Биологический круговорот углерода в травяных биогеоценозах. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. –221 с.
154.
Титлянова А.А. и др. Агроценозы степной зоны. -Новосибирск: Наука, 1984.
264 с.
155.
Титова Н.А., Когут Б.М Трансформация органического вещества при сельскохозяйственном использовании почв //Итоги науки и техники. ВНИИТИ, Сер. Почвоведение и
агрохимия. –М. 1991. -156 с.
156.
Тюрин И.В. О количественном участии живого вещества в составе органической части почвы //Почвоведение. – 1946. №1. – С. 7-13.
157.
Тюрин И.В. Органическое вещество почвы. –М. –Л.: Сельхозиздат, Ленинградское отделение, 1937. -287 с.
158.
Фокин А.Д. Задачи и методы полевых органо-балансовых исследований
//Почвоведение. – 1984. №8. – С. 117-119.
159.
Фокин А.Д. Методические подходы и рекомендации по оценке главных составляющих гумусового баланса почв //Органическое вещество пахотных почв: Научные
труды Почв. ин-та им В.В. Докучаева. - М., 1987. –С. 36-44.
160.
Фокин А.Д. О роли органического вещества почв в функционировании природных и сельскохозяйственных экосистем //Почвоведение. – 1994. №4. – С. 40-45.
161.
Фокин А.Д. Устойчивость почв и наземных экосистем: подходы и систематизация понятий и оценки //Известия ТСХА -1995. -вып. 2. –С. 71-85.
162.
Фрид А.С. Система моделей плодородия почв //Плодородие почв: проблемы,
исследования, модели. Научные труды Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. – М., 1985. -С. 37-43.
163.
Хэстингс А., Ваттенбах М., Дондини М., К. Ван Гронинджен, Джонес М., Смит
П. Моделирование долгосрочных трендов динамики органического вещества почвы с использованием длительных опытов// Динамика органического вещества почвы в длительных
полевых опытах и еѐ моделирование: Материалы Международного научного симпозиума,
ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 14-17 сентября 2010 г., Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН. –
2010.- С.17-18.
138
164.
Холмов В.Г., Палецкая Г.Я. Изменение запасов гумуса и азота почвы в зависимости от технологий ее обработки в черноземной лесостепи Западной Сибири. Сибирский
вестник с.-х. науки. -№6. –1988. -С. 3-8.
165.
Черкинский А.Е. Радиоуглеродный возраст почвенного органического вещества и его значения для теории гумификации. Автореф. дис. … канд. наук. М., 1985. –24 с.
166.
Чесняк Г.Я. Закономерности изменения гумуса и пути обеспечения его бездефицитного баланса в черноземах типичных при интенсификации земледелия //Агрохимия и
грунтоведение. –Киев, 1982. №42. –С. 18-23.
167.
Чесняк Г.Я. Закономерности изменения содержания гумуса и пути обеспечения его бездефицитного баланса в черноземах типичных УССР в условиях интенсификации
земледелия /Проблема гумуса в земледелии: Тез. Доклады совещ., Новосибирск 5-8 авг.,
1986. –Новосибирск, 1986. –С. 20-21.
168.
Чичагова О.А., Левитан Д.Г. Опыт применения метода для определения возраста почв //Известия АН СССР. Сер. геогр. -1966. №2. -С. 80.
169.
Чуян Г.А. Балансовый метод расчета доз внесения органических удобрений на
эродированных почвах //Научно-техн. бюл. ВНИИЗиЗПЭ. –Курск, 1978. – Вып. 2 (17) –С. 2934.
170.
Чуян Г.А. Пыхтин И.Г. Влияние систематической плоскорезной обработки на
дифференциацию агрохимических показателей пахотного слоя почвы //Бюлл. ВИУА "Приемы улучшения агрохимических свойств эродированных почв". -М., 1987. № 81. -С. 28-30.
171.
Чуян Г.А., Ермаков В.В., Чуян С.И. Агрохимические свойства типичного чернозема в зависимости от экспозиции склона //Почвоведение. – 1987. №12. – С. 39-46.
172.
Шатохина Н.Г., Карван Г.В. Биомасса микроорганизмов как часть органического вещества почвы в черноземах выщелоченных Приобья //Проблема гумуса в земледелии: Тез. Доклады совещ. 5-8 авг. 1986. -Новосибирск, 1986. – С. 91-92.
173.
Шевцова Л.К. Гумусное состояние и азотный фонд основных типов почв при
длительном применении удобрений: Автореф. дисс. … докт. биол. наук. – М.: МГУ, 1989. –
48 с.
174.
Шевцова Л.К. Методы исследования органического вещества и длительно
удобряемых почв //Почвоведение. – 1972. №8. – С. 48-83.
175.
Шенявский А.А. Оценка плодородия почвы методом гумусового баланса. –
Обз. инф. МС СССР, М., 1972. – 150с.
176. Шикула Н.К.., Балаев А.Д. Гумусное состояние черноземных почв при различном их использовании. //Эрозия почв и научные основы борьбы с ней. - М., 1985. -С. 27-33.
177. Шишов Л.Л., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ефремов В.В. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв. - М.: Агропромиздат, 1991. -304 с.
178.
Шишов Л.Л., Дьяконова К.В., Титова Н.А. Органическое вещество и плодородие почв //Органическое вещество пахотных почв: Научные труды Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. – М., 1987. –С. 5-12.
179.
Шишов Л.Л., Карманов И.И., Дурманов Д.Н. Критерии и модели плодородия
почв. ВАСХНИЛ. – М.: Агропромиздат, 1987. -184 с.
180.
Щербаков А.П., Шевченко Г.А. Гумусное состояние черноземов ЦЧО
//Почвоведение. – 1984. №8. – С. 50-57.
181.
Щербаков А.П., Шевченко Г.А. Основные показатели гумусного состояния и
уровень плодородия почв ЦЧР //Органическое вещество пахотных почв: Научные труды
Почв. ин-та им В.В. Докучаева.- М., 1987. –С. 103-109.
182.
Anderson T.H., Domsch K.H. Ratios of microbial biomass carbon to total organic
carbon in arable soils //Soil Biol. and Biochem. –1989. –21, №4. –P. 471-479.
183.
Brookes P.C., Jorgenwen R.G., Jenkinson D.S. The ATP content and adenylate
energy charge of the soil microbial biomass and the effect of temperature on microbial biomass sur-
139
vival and the mineralization of soil organic matter //Trans. 14 th Congr. of ISSS. Kioto, Japan, 1218 Aug. 1990. –Japan. –1990. –III. –P. 239.
184.
Burke I.C., Yonker C.M., Parten W.I., Cole C.V., Flach K., Schimel D.C. Texture,
climate and cultivation effects on soil organic matter content in U.S. grassland soils //Soil Sci. Soc.
Amer. Proc. –1989. –53. №3. –P. 800-805.
185.
Cherkinsky A.E. Utilization of the radiocarbon analysis for studying humification
processes // Trarsact. 13th congress ISSS, Hamburg, 1986. V. 2. P. 265.
186.
Coller D. Temportance de la participation du sous – sol pour l’etablissement des
bilaus du carbone et de l’azote organiques des sols //Compt. rend. Acad. agric. France, 1969. –55,
№15. –1097-1109.
187.
Dalal R.C. Organic matter dynamics in Vertisoils of southern Qweensland //Frans
13 th Congr. Of ISSS. Hamburg, 13-20 Aug. 1986. –3. –P. 710-711.
188.
Delphin G.E., Conesa A. Ph Eoolution de la matiere organigue du sol d’ien essai rotations, irrigation, restitution des pailles, dans la plaine de la Hardt //Bilau numigue ―Anuagron‖. –
1979. –30. №2. –P. 179-189.
189.
Freytag H.E. Therte und umsetzbare Anteile der organischen Bodensubstanz //Arch.
Acker – und Pflanzenbau u. Bodenkd. 1980. № 24. S. 19-24.
190.
Gorlitz H., Asmus F., Toepel E., Mendorf H. Humusoersorgung des Bodens als
GrundLage Fur hohe Getreideertrage auf sandigen Bogen //Feldwirtschaft. –1986. №3. –P. 455457.
191.
Gupta R.D., Tripathi B.R., Nannipier P., Bhardwaj K.K.R. Biochemical characteristics of some soils of Kangra district (HP) with reference climatic conditions //Proc. Indian Nat. Sci.
Acad. –1984. –50. №6. –P. 582-586.
192.
Heinonen R. Humusvergsorqyng, Bodenstruktur und Wasserhaushalt. Landwirtsch.
Frankfurt /Mein. 1974. №30/11. S. 123-126.
193.
Jenkinson D.S. Soil organic matter and its dynamic //yn. Russel’s Soil Conditions
and Plant Growth /Ed. A. Wild. –1988. –P. 564-607.
194.
Kahat G. Humuswirtscheft in Fruchtfolgesystemesr –Landw Z. Rhlu land, 1983.
195.
Körschens M., Greilich J. Beziehungen zwischen Bodeneigen – schaften. Tag. //Ber.
Akad Landwirtschalft. Wiss., DDR, Berlin. 1982. Bd. 205. –S. 243-248.
196.
Muller J. Observations sul les effectc organigus des fumures organigus of minerales
soul climat mediterranen. II Action sur le loibal de l’arde total du soll //Ann. ogron. –1966. №1. –P.
17.
197.
Nemming Ole. Humusbalance og jordfamia I de langvorige dodmingafog ved
Askov. –Nord Gordbrugoforsk. –1979. 61. №1. –P. 111-117.
198.
Parton William J., Persson Jan, Anderson Darwin W. Simulation of organic matter
changes in swends soil. "Anal Ecol Syst.: State art. Ecol. Modele. Amsterdam e.u., 1983, -P. 511516.
199.
Rimovsky K. Bilance potreby a uhracdy organickych latek v osevnim postupu. –
Rostl. Vyroba. -1983, -J. 29. №4. –S. 353-358.
200.
Russel E.W. The role of organic matter in soil fertility. //Phil. Trans. Roy. Soc. London. -1977, -V. 281. № 980. –Р. 209-219.
201.
Scharpenseel H., Ronzani C., Pietig F. Comparative age determination on different
humic-material fraction //Jsotopes and Radiat in Soil Organ Matter Stud/ Vienna, 1968. -P. 67.
202.
Smith O.Y. An analytical model of the decomposition of soil organic matter. //Soil
Biol. and Biochem. –1979. –V. 11. №6. –P. 585-606.
203.
Van Kempen P. Roles de la matiere organique calcul d’un bilan humigue Romme de
Terre francale. -1982. -an 44. №412. –P. 287-290.
140
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Г – содержание общего гумуса, %;
Гц – содержание общего гумуса в целинной почве, %;
Гф – фактическое содержание гумуса в почве, %;
Гкр – критическое содержание гумуса в почве, %;
Гопт – оптимальное содержание гумуса в почве, %;
Гопт.доп – оптимально допустимое содержание гумуса в почве, %;
ЗГ – запасы гумуса, т/га;
d – плотность почвы, т/м3;
Н – слой почвы, м;
НВ - негумифицированное органическое вещество, т/га;
НВфакт – фактическое содержание негумифицированного органического вещства в почве, т/га;
НВопт – оптимальное содержание негумифицированного органического вещества в почве, т/га;
НВопт.доп. – оптимальное содержание негумифицированного органического
вещества в почве, т/га;
ЛГВ – лабильные гумусовые вещества почвы, мг/кг почвы;
ЛГВфакт – фактическое содержание лабильных гумусовых веществ в почве,
мг/кг почвы;
ЛГВΔ – измененное содержание лабильных гумусовых веществ при воздействии различных факторов, мг/кг почвы;
ЛГВопт – оптимальное содержание лабильных гумусовых веществ в почве,
мг/кг почвы;
opt – оптимальный;
n – количество участков поля и номер участка;
m – количество видов органических удобрений;
Δ – изменение;
t0 – начальное время;
t – период времени, год;
ПО – пожнивно-корневые остатки, ц/га;
а, а1 – коэффициенты из регрессионных уравнений;
в, в1 – свободные члены из регрессионных уравнений;
ОУ – доза органических удобрений, т/га;
ОУn –количество органических удобрений, т;
ОУтр – требуемое количество органических удобрений в севообороте, на участке, обеспечивающее бездефицитный баланс гумуса, т/га;
ОУкомп – количество органических удобрений, компенсируемое накоплением
гумусовых веществ под многолетними травами, бобовыми и другими
культурами, т/га;
СОУ – содержание сухого вещества в органических удобрениях;
Спо – содержание сухого вещества в пожнивно-корневых остатках;
у – урожай сельскохозяйственных культур, ц/га;
Усид. – урожай сидеральных культур, ц/га;
141
МУ – дозы внесения минеральных удобрений, кг/га д.в.;
МУ' – уточненные дозы внесения азотных минеральных удобрений, кг/га д.в.;
НМУ – необходимые дозы внесения азотных минеральных удобрений,
кг/га д.в.;
N – вынос азота с урожаем растений, кг/ц;
АN – коэффициент азотфиксации;
БГ – баланс гумуса в почве, т/га;
ΔБГ – изменение баланса гумуса в почве, т/га;
К0 – коэффициент уменьшения потерь гумуса при почвозащитных обработках;
К1 – коэффициент гумификации растительных остатков;
К2 – поправочный коэффициент на гранулометрический состав;
К3 – поправочный коэффициент на культуру;
К4 – коэффициент минерализации гумуса на чистом пару;
К5 – коэффициент гумификации органических удобрений;
К50 – коэффициент гумификации навоза;
К6 – поправочный коэффициент на растительные остатки;
К7 – коэффициент расчета оптимально допустимых параметров;
Км – коэффициент гумификации гумуса;
Кф – коэффициент изменения содержания лабильных гумусовых веществ;
П – потребности хозяйства в навозе для обеспечения бездефицитного баланса
гумуса в почве, т;
ГЦП – гумификационная ценность навоза, в котором испытывает потребность
хозяйство, т;
ГЦЗ – гумификационная ценность всех органических удобрений, имеющихся в
хозяйстве, т;
NI – содержание азота в негумифицированном органическом веществе, кг/ц;
NII – содержание азота в органических удобрениях, кг/ц;
NIII – содержание азота в пожнивно-корневых остатках, кг/ц;
NIV – содержание азота в сидеральных культурах, кг/ц.
142
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Коэффициенты гумификации растительного вещества
Обозначения
Вид растительного вещества
Значения
Надземная часть, травы многолетние разнотравье
0,20
Кгнф
злаково-разнотравно-бобовые
0,18
люпин
0,25
злаковое разнотравье
0,15
2. Коэффициенты пересчета на устойчивое растительное вещество (К)
Растения и его части
К'
Злаковые
0,14
Злаково-бобовые
0,12
Бобовые
0,08
Бобово-злаковые
0,13
Корни трав
0,30
Травы
0,25
Злаково-разнотравно-бобовые
0,20
3. Коэффициенты гумификации растительных остатков (К 1)
Группы сельскохозяйственных культур
К1
Зерновые, травы многолетние
0,20
Кормовые, силосные
0,15
Пропашные
0,07
Люпин в период
0,25
цветения
4.Характеристика органических веществ
Вид органического Коэффициент Содержание сухо- Коэффициент перевещества
гумификации, го вещества в ор- счета на углерод орК5
ганических удоб- ганических удобререниях, СОУоу
ний, Соу или Спо
Навоз подстилочный
0,09
0,30
0,50
Навоз бесподстилоч0,045
0,10
0,50
ный
Компост
0,15
0,40
0,50
Торф
0,15
0,40
0,50
Солома
0,10
035
0,40
Сапропель
0,025
0,20
0,50
Пожнивно-корневые
0,40
остатки
143
5. Поправочные коэффициенты на негумифицированное
органическое вещество (F)
Годы
2-5
6-8
>8
F
0,3
0,2
0,1
6. Поправочные коэффициенты на растительные остатки (К 6)
Зерновые
1,45
Кормовые, силосные 1,67
Пропашные
1,53
Травы, люпин
1,5
7. Отдельные справочные данные
Поправочные коэффициенты
А) на культуру
Кз
травы
1,0
зерновые
1,2
пропашные
1,6
Б) на гранулометрический состав К2
глинистые
0,8
тяжелосуглинистые
0,8
среднесуглинистые
1,0
легкосуглинистые
1,2
супесчаные
1,4
В) Содержание сухого органического вещества в
пожнивно-корневых остатках (Спо) – (0,8)
Г) Коэффициент потери гумуса в почве черного пара (К4) - 0,02
8. Коэффициенты уменьшения потери гумуса
при почвозащитных обработках па сравнению со вспашкой (Ко)
Обработка
Ко
Плоскорезная
0,20
Минимальная
0,23
Вспашка
0
9. Количество негумифицированного органического вещества (НВ пр/
кул.),поступающего в почву при возделывании промежуточных культур
Овсяно-гороховая
Промежуточные
Подсолнечник Подсол- Озимая
или вико-овсяная
культуры*
+ горох
нечник
рожь
смесь
На зеленое удобрение
1,1
1,2
1,4
2,0
На зеленый корм
1,4
2,1
2,8
* Высеваются после озимой ржи на зеленый корм, после озимой пшеницы (если после нее не сажают сахарную свеклу), после ячменя.
144
10. Коэффициенты (а, а1) и свободные члены (в, в1) из регрессионных
уравнений расчета содержания пожнивных и корневых остатков
сельскохозяйственных культур
УроДля пожнивных Для корневых ос- Содержай,
остатков
татков
Культура
жание N,
ц/га
кг/ц
У
а
в
а1
в1
7
1
2
3
4
5
6
<25
0,3
3,2
0,6
8,9
3,0
Рожь озимая
>25
0,2
6,3
0,5
13,9
<25
0,4
2,6
0,9
5,8
3,4
Пшеница озимая
>25
0,1
8,9
0,7
10,2
<20
0,4
1,8
0,8
6,5
3,6
Пшеница яровая
>20
0,2
5,4
0,8
6,0
<20
0,4
1,8
0,8
7,5
2,6
Ячмень
>20
0,09
7,6
0,4
13,4
<20
0,3
3,2
1,0
2,0
3,1
Овес
>20
0,15
6,1
0,4
16,0
<20
0,2
5,0
0,8
7,0
3,3
Просо
>20
0,3
3,3
0,56
11,2
1,8
Кукуруза на зерно
>10
0,23
3,5
0,8
5,8
<20
>20
<15
>15
0,14
0,20
0,25
0,20
3,5
1,7
4,3
5,2
0,66
0,37
1,1
0,54
7,5
12,9
5,3
14,1
Подсолнечник
>в
0,40
3,1
1,0
6,6
Картофель
<200
>200
<200
>200
<200
>200
<200
>200
0,04
0,03
0,02
0,03
0,02
0,006
0,01
0,03
1,0
4,1
0,8
2,3
1,5
3,6
1,0
2,4
0,08
0,06
0,07
0,06
0,05
0,004
0,05
0,05
4,0
8,6
4,5
5,4
5,0
6,0
5,5
5,2
Лен
3-10
0
0
1,3
9,4
Конопля
3-10
0
0
2,2
9,1
Силосные
(без кукурузы)
100200
0,04
4,0
0,09
7,0
Горох
Гречиха
Свекла сахарная
Овощи
Корнеплоды
145
5,0
3,0
2,6
0,6
0,59
0,28
0,42
1,2
1,2
1
2
<200
>200
3
0,03
0,02
4
3,6
5,0
5
0,12
0,08
6
8,7
16,2
Травы однолетние
10-40
0,13
6,0
0,7
7,6
Травы многолетние
<40
>40
0,2
0,1
6,0
10,0
0,8
1,0
11,0
15,0
Кукуруза на силос
7
0,33
1,8
2,3
11. Содержание азота в органическом веществе
СодерСодер
Обожание
Обо- жание
знаВид, культура
азота,
Вид, культура
зна- азота,
чекг/ц
чение кг/ц
ние
Негумифицированное
органическое вещество
Органические удобрения:
Навоз подстилочный
Навоз безподстилочный
Компост
Торф верховой
Солома
Сапропель
Зеленые удобрения:
пшеница
рожь
ячмень
овес
горох
люпин
вика
подсолнечник
рапс
люцерна
многолетние травы
N
I
0,5
NII
0,5
0,4
0,6
0,8
0,5
0,6
NIV
1,3
1,03
1,14
1,26
2,64
2,00
2,83
1,53
1,70
2,60
2,0
Пожнивно-корневые
остатки следующих
культур:
Сахарная свекла
Свекла столовая
Кормовые корнеплоды
Райграс
Люцерна
Многолетние травы
Однолетние травы
Пшеница озимая
Пшеница яровая
Рожь озимая
Рожь яровая
Кукуруза
Ячмень
Овес, просо
Гречиха
Горох, фасоль
Люпин, вика
Подсолнечник
Рапс
146
NIII
0,24
0,19
0,18
0,60
0,80
0,70
0,65
0,70
0,90
0,70
0,80
0,70
0,75
0,60
0,60
1,10
1,20
1,53
1,10
12. Коэффициенты азотфиксации бобовых растений (АN)
Культура
АN
Горох
0,40
Горох с овсом
0,20
Вико-овсяная смесь
0,20
Многолетние бобовые
0,60
травы
13. Коэффициенты гумификация навоза в ЦЧЗ (К5)
Сроки и периоСпособы вне- Коэффициент гуПочва
дичность внесесения в слой мификации, К5
ния
0-10 см
0,075
Чернозем типичный
1 раз в 5 лет
0-22 см
0,066
0-10 см
0,087
Чернозем типичный
ежегодно
0-22 см
0,099
1 раз в 4-5 лет
пах
0,069
Чернозем выщелоченный
ежегодно
пах
0,081
Темно-серая лесная
1 раз в 4-5 лет
пах
0,060
14. Коэффициенты изменения (Кф) содержания лабильных гумусовых при
внесении органических удобрений и возделывании многолетних трав и
применении почвозащитных обработок
Факторы
Обозначения
Значения
Органические удобрения
Водораздельное плато
Северная экспозиция
Южная экспозиция
1,10
1,07
1,04
Многолетние бобовые травы
Кф
147
1,10
15. Исходные данные к разработке системы мероприятий по управлению воспроизводством органического
вещества чернозема типичного (пример)
Номер
Почва,
ГранулоЭкспо№№ поля,
степень
метричезиция
участка смытости ский состав
1
2
тяжелосуг1-1
линистый
3
4
5
чернозем
6
среднесуг1-2
типичный
линистый
7
несмытый
8
9
10
тяжелосуг1-3
линистый
11
12
Запасы навоза в хозяйстве 4000 т
Посевная
площадь,
га
40
северная
50
45
148
Культура севооборота
Планируемый урожай, ц/га
Обработка
почвы
чистый пар
озимая пшеница
сахарная свекла
ячмень
клевер
озимая пшеница
сахарная свекла
ячмень + клевер
чистый пар
озимая пшеница
сахарная свекла
ячмень
35
350
30
40
40
35
25
35
350
30
отвальная
Доза внесения азотных
минеральных
удобрений,
кг/га д.в.
60
80
90
40
80
60
80
90
16. Прогноз изменения гумусного состояния почвы
Почва
Чернозем типичный мощный среднесуглинистый
Чернозем типичный среднесмытый
среднесуглинистый
Культура
севооборота
Сахарная
свекла
Ячмень
Клевер
Клевер
Озимая
пшеница
Клевер
Клевер
Озимая
пшеница
Ячмень
Планируемый
урожай, ц/га
300
30
25
30
35
25
30
35
30
Органические
удобрения
Доза
внесеΔЗГ
ЗГ
ния
Обработка
азотных
Г,
почвы
удоб%
рений,
вид т/га
т/га
кг/га
д.в.
Исходные данные
140 5,78
вспашка
на- 15
100
-1,57
воз
вспашка
40
0,18
вспашка
1,38
вспашка
60
1,50
вспашка
0,05 141,54 5,85
1,54
Исходные данные
110 4,31
вспашка
1,38
вспашка
1,50
вспашка
40
-0,15
вспашка
30
149
0,08 112,81 4,42
2,81
ΔЛГВ ЛГВ
НВ,
т/га
мг/кг почвы
2,00
4,87
2500
-78
4,32
4,65
5,16
4,80
-151
193
223
135
2,00
3,96
4,95
5,25
193
223
135
4,44
-151
2822
2300
2700
Глава 1.
Глава 2.
Глава 3.
Содержание
Введение………………………………………………………….. 3
Объекты, условия и методика исследований…………………..
4
1.1. Геоморфологические и климатические условия …………. 5
1.2. Почвы и их свойства ……………………………………….. 6
1.3. Опыты и их описания……………………………………….
9
1.4. Методика исследований …………………………………… 12
1.4.1. Методика полевых исследований ………………………. 12
1.4.2. Аналитические методы исследований ………………….. 15
1.4.3. Метод определения оптимальных и критических параметров плодородия почвы………………………………………. 16
Трансформация и устойчивость органического вещества
почвы при сельскохозяйственном использовании……………. 21
2.1. Теоретические аспекты связи состава органического
вещества почвы с его устойчивостью, трансформацией и
экологизацией земледелия ……………………………………... 21
2.2. Особенности многокомпонентной системы органического вещества черноземов …………………………………….. 29
2.3. Устойчивость органического вещества почвы ……….….. 35
2.4. Влияние экспозиции склона и степени эродированности
на количественный и качественный состав органического
вещества черноземных почв……………………………………. 51
2.5. Трансформация состава органического вещества черноземов под воздействием агрогенных факторов …………….. 62
2.5.1. Влияние внесения органических и органоминеральных удобрений, севооборотов и обработки почвы
на количественный и качественный состав органического
вещества чернозема типичного и его воспроизводство………. 63
2.5.2. Закономерности изменения содержания, состава и
природы лабильных гумусовых веществ под влиянием различных обработок почвы……………………………………….
73
2.5.3. Оценка воздействия элементов систем земледелия на
компоненты органического вещества черноземов……………. 81
2.6. Оценка связи содержания и состава гумусовых веществ
чернозема типичного с численностью, жизнедеятельностью
микроорганизмов и с урожаем зерновых культур…………….. 85
Научные основы формирования систем управления воспроизводством органического вещества почвы…………………… 93
3.1. Теоретические основы и принципы управления
воспроизводством органического вещества в почве…………. 93
3.2. Система управления воспроизводством органического
вещества почвы………………………………………………….. 103
3.2.1. Разработка системы мероприятий по управлению
воспроизводством органического вещества почвы………… 104
150
3.2.2. Система оценки и контроля гумусного состояния
черноземов………………………………………………………..
3.2.3. Прогнозирование изменения гумусного состояния в
черноземных почвах ……………..……………………………...
Заключение……………………………………………………….
Литература……………….. ……………………………………...
Условные обозначения…………………………………………..
Приложения ……………………………………………………...
151
110
122
126
129
140
142
Научное издание
УДК 631.417:631.445.4(470.32)
ББК 40.3
Масютенко Н.П. Трансформация органического вещества в черноземных почвах ЦЧР и системы его воспроизводства.- М.: Россельхозакадемия, 2012.-150 с.
Подписано в печать
Тираж 150 экз.
Формат 60х84/16
ФГУП «Типография» Россельхозакадемии
115
598, Москва, ул.Ягодная, д.12
Тел. (495) 976-35-78, 329-45-00
152
Объем 9,5