Статья: Изменение химического состава чернозема типичного Курской области при переводе бессменного пара в залежь

РГА У-МСХА имени К.А. Тимирязева

Почвенный институт имени В.В. Докучаева

Изменение химического состава чернозема типичного Курской области при переводе бессменного пара в залежь

Мамонтов В.Г.

Рогова О.Б.

Панова П.Ю.

Беляева С.А.

Аннотация

Через 20 лет после замены бессменного пара залежью в черноземе типичном возросло содержание основных органогенных элементов: углерода - на 43%, водорода - на 31%, азота - на 25%. При этом восстановление содержания органического углерода происходит очень медленно, со скоростью примерно 0,05% в год, что необходимо учитывать при регулировании гумусового состояния пахотных почв. Содержание основных макроэлементов - кремния, алюминия, железа, калия, натрия, составляющих основу минеральной части почвы, за этот период существенно не изменилось. В то же время в верхней части профиля залежного чернозема типичного увеличилось содержание некоторых минеральных элементов, активно вовлекаемых в биологический круговорот веществ. В первую очередь, это касается таких элементов, как фосфор, хром, свинец, сера и цинк, в меньшей мере - марганца, кальция и магния.

Ключевые слова: чернозем типичный, бессменный пар, залежь, макроэлементы, микроэлементы

Введение

В конце прошлого века значительные площади сельскохозяйственных земель в России были заброшены и превратились в залежь. Это явление наблюдалось во всех природных зонах, в том числе и в Черноземной. Общая площадь бывших сельскохозяйственных угодий, перешедших в категорию залежных земель, составляет в России более 4,9 млн. га [1]. Зарастание бывших пахотных угодий естественной травянистой растительностью сопровождается изменением биогеохимического круговорота веществ, лежащего в основе почвообразования. Это влечет за собой изменение интенсивности и направленности элементарных почвенных процессов, что отражается на свойствах и режимах почв. Изучение особенностей функционирования почв, выведенных из активного сельскохозяйственного использования, имеет научное значение, связанное с прогнозом их развития [2, 3]. Также изучение залежных почв перспективно для разработки отдельных аспектов практических мероприятий по повышению плодородия почв старопахотных угодий, в частности, улучшения их гумусового состояния.

К настоящему времени получен определенный объем информации, касающийся особенностей изменения свойств почв при трансформации пахотных угодий в залежь. В большинстве случаев отмечается улучшение физических свойств залежных почв по сравнению со старопахотными, в значительной мере обусловленное их лучшей агрегирован - ностью [4, 5, 6]. В почвах залежи увеличивается содержание гумуса [2, 3, 5, 6], при этом в составе органического вещества существенно возрастает доля негумифицированных органических остатков [6]. Наряду с этим, в почвах залежей заметно изменяются относительно динамичные физико-химические характеристики почв: реакция среды, сумма обменных оснований, содержание водорастворимого гумуса и подвижного фосфора, миграционных форм свободных карбонатов, активность ряда ферментов [7-11].

В целом, как отмечают исследователи, перевод пахотных почв в залежное состояние способствует восстановлению их основных признаков и свойств до уровня, присущего целинным зональным почвам [3, 8].

Скорость и полнота восстановления признаков и свойств почв сельскохозяйственного назначения, оставленных в залежь до показателей, характерных для их естественных аналогов, будет, по-видимому, во многом зависеть от исходного состояния почв, выведенных из сельскохозяйственного оборота.

Направленность и глубина изменений свойств почв под влиянием сельскохозяйственного использования в значительной мере обусловлены уровнем соответствия характера землепользования естественным условиям почвообразования.

На участках, занятых культурами сплошного сева, особенно многолетними травами, в какой-то мере имитируется естественный процесс почвообразования. Гораздо более сильное антропогенное воздействие на почву присуще участкам, занятым пропашными культурами. Наиболее сильное антропогенное воздействие на почву наблюдается на участках с чистым паром [12], под влиянием которого происходит существенное изменение почвенных свойств и режимов, вплоть до трансформации минералогического состава [13].

Наименее благоприятная ситуация для восстановления утраченных характеристик при вовлечении пахотных почв в залежь будет присуща почвам агроландшафтов, подвергшихся сильной деградации, особенно, учитывая тот факт, что отдельные виды деградации могут быть необратимыми [14].

Химический состав относится к числу фундаментальных свойств почвы и является ее важнейшей характеристикой [15]. Установлено, что в Черноземной зоне происходят весьма существенные преобразования химического состава почв под влиянием агрогенеза вследствие перехода химических элементов из одних соединений в другие [16]. При этом в черноземах, длительное время подвергавшихся экстенсивному сельскохозяйственному использованию, отмечаются отдельные виды химической деградации [17].

Поэтому выявление особенностей изменения химических свойств чернозема типичного, являющегося важнейшим представителем почв Черноземной зоны, в результате трансформации бессменного пара в залежь имеет научное и практическое значение.

Объекты и методы

Образцы чернозема типичного были отобраны на стационарном полевом опыте Петринского опорного пункта Курского НИИ АПП, заложенном в 1964 г. Изучались следующие варианты опыта: бессменный пар (54 года). Размер делянки 296 м². В 1998 г. 2/3 участка пара было оставлено под бессменное парование, а 1/3 участка отведена под залежь, возраст которой к моменту отбора образцов составил 20 лет. Образцы отбирались из слоя мощностью 0-20 см. Содержание С, Н и N определяли на автоматическом CHNS - анализаторе vario Micro cube в индивидуальных образцах в 3-кратной повторности и находили средние значения. Элементный состав определяли в смешанных образцах рент - генфлюоресцентным методом на анализаторе состава вещества РеСПЕКТ.

Результаты исследований

Согласно полученным ранее данным [5], под влиянием залежи в верхнем слое чернозема типичного мощностью 0-20 см произошло снижение величины рН с 6,42 до 6,22 и

содержания подвижного фосфора с 177,8 до 97,0 мг/100 г. почвы. В то же время содержание обменного кальция увеличилось на 1,9, а гидролитическая кислотность - на 1,03 мг - экв./100 г. почвы, содержание органофосфатов - на 50,9 мг/100 г. почвы. Количество водоустойчивых агрегатов возросло с 7,60 до 60,5%. Агрегирование почвенной массы способствовало уменьшению содержания водопептизируемого ила с 3,81 до 1,82%.

В результате зарастания парового участка естественной травянистой растительностью изменились масштабы биологического круговорота веществ и количества поступающих в почву растительных остатков, что отразилось на содержании элементов органофилов (табл. 1).

Таблица 1. Влияние замены бессменного пара залежью на содержание элементов

Под влиянием залежи в черноземе типичном содержание основных элементов органофилов увеличилось: углерода - с 2,43 до 3,48%, водорода - с 0,81 до 1,06%, азота - с 0,24 до 0,30%. Из элементов органофилов в наибольшей мере возросло содержание органического углерода - в 1,4 раза, тогда как количество водорода и азота возросло в 1,3 раза. Это согласуется с неоднократно отмечавшимся многими исследователями увеличением содержания гумуса в почвах залежи [3, 4, 6, 9]. При этом в черноземе залежи активно протекают и минерализационные процессы, о чем можно судить по менее заметному приросту содержания водорода и азота по сравнению с углеродом. Водород и азот, преимущественно, входящие в состав алифатических соединений новообразованных гумусовых веществ, активно утилизируются микроорганизмами, тогда как углерод, в большей мере локализованный в составе устойчивых циклических соединений, накапливается в почве. Об этом свидетельствует и некоторое сужение отношений Н:С и №С при переходе от пара к залежи: с 0,33 до 0,31 и 0,10 до 0,09, соответственно.

Таблица 2. Влияние замены бессменного пара залежью на содержание основных

В черноземе бессменного пара преобладает оксид кремния, содержание которого составило 68,36%. В залежном черноземе его количество имеет тенденцию к снижению и составило 67,03%, что может быть обусловлено интенсивным потреблением кремния многолетней травянистой растительностью и активным вовлечением в биологический круговорот веществ [18].

Содержание остальных химических элементов, слагающих основу минеральной части чернозема, заметно ниже и находится в следующих пределах: АЬОз - 12,62-12,55%, Б^Оз - 4,14-4,21%, Ш2О - 0,84-0,87%, ТЮ2 - 0,76-0,77, величина Б^Оз равна 17,52-17,53. В целом в результате трансформации бессменного пара в залежь за 20 лет содержание этих химических элементов в черноземе типичном практически не изменилось, что может свидетельствовать о стабильности его минеральной части. Об этом же может свидетельствовать практически не изменившаяся величина молекулярного отношения 8Ю2/Б.2Оз.

чернозем почва минеральный

Таблица 3. Влияние перевода бессменного пара в залежь на содержание биофильных элементов в черноземе типичном Курской области, % ментов в черноземе типичном Курской области, %

Перевод бессменного пара в залежь неоднозначно отразился на валовом содержании в черноземе важнейших биофильных элементов. Содержание СаО находится в пределах 1,09-1,17%, М§ 0 - 1,30-1,34%, а К2О - 1,89-1,83. Содержание этих элементов за период нахождения чернозема типичного в состоянии залежи практически не изменилось. В то же время под влиянием залежи в черноземе типичном возросло содержание Б0з с 0,28 до 0,32%, а Р2О5 - с 0,19 до 0,24%, что, по-видимому, обусловлено аккумуляцией этих элементов в органическом веществе почвы. При этом аккумуляция Р2О5 в черноземе протекает более интенсивно по сравнению с БОз. Об этом можно судить по величине отношения Р2О5/ БОз изменившейся с 0,68 в черноземе бессменного пара до 0,75 в черноземе залежи.

Содержание микроэлементов в черноземе бессменного пара и залежи приведено в таблице 4.

Таблица 4. Влияние перевода бессменного пара в залежь на содержание микроэлементов в черноземе типичном Курской области, мг/кг

Среди микроэлементов в черноземе типичном преобладает Мп, содержание которого в черноземе пара составило 6115 мг/кг почвы, а в черноземе залежи возросло до 6656 мг/кг почвы. Содержание Сг изменилось с 55 мг/кг почвы в черноземе бессменного пара до 123 мг/кг почвы в залежном черноземе. Слабо выраженная тенденция к увеличению содержания в залежном черноземе обнаруживается у ЯЬ, 2п и РЬ, тогда как количество У и Оа осталось без изменения.

Выводы

1. В результате перевода бессменного пара в залежь повысился уровень гумусированности чернозема типичного, о чем можно судить по увеличению содержания органических углерода, водорода и азота, количество которых в почве залежи возросло на 1.05, 0,25 и 0.06%, соответственно.

2. Изменение биологического круговорота веществ способствовало аккумуляции в верхней части профиля чернозема и ряда минеральных элементов, из которых наиболее активно аккумулируются Сг, Р2О5, РЬ, БОэ и 2п в меньшей мере - Мп, Са М^.

Список использованных источников

0. Государственный (национальный) доклад о состоянии и использовании земель в Российской Федерации в 2016 г. - М.: Росреестр, 2017. - 220 с.

1. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О. Запасы органического углерода в почвах Российской Федерации: современные оценки в связи с изменением системы землепользования. Доклады Академии наук. - 2009. - Т. 426. - №1. - С. 132-134.

2. Русанов А.М., Тесля А.В. Изменение основных свойств степных черноземов как результат их постагрогенной трансформации // Вестник ОГУ. - 2012. - №6 (142). - С. 98101.

3. Титлянова А.А., Самбуу А.Д. Сукцессии в травяных экосистемах. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016. - 191 с.

4. Мамонтов В.Г., Артемьева З.С., Лазарев В.И., Родионова Л.П., Крылов В.А., Ах - медзянова Р.Р. Сравнительная характеристика свойств целинного, пахотного и залежного чернозема типичного Курской области // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. - 2020. - Вып. 101. - С. 182-201.