Программа мониторинга земель сельскохозяйственного назначения предусматривает контроль за гумусным состоянием исследуемых угодий, которое является интегрированным показателем естественного плодородия почвы. В статье представлены результаты исследований по изменению содержания гумуса, азота общего, фракционно-группового состава гумуса. По данным анализов, проведенных в ФГБНУ «Челябинский НИИСХ», на всех подтипах черноземных почв области отмечено меньшее содержание гумуса на пашне по сравнению с целинными аналогами. Таким образом, разница между целиной и пашней в первом туре составляла в черноземах выщелоченных 1,02 %, обыкновенных 2,16 и южных 1,24 %, к шестому туру эти различия составляли 3,5; 2,88 и 1,79 % соответственно. Произошло незначительное увеличение запасов гумуса на целине чернозема выщелоченного и обыкновенного. Содержание общего азота возросло на целине чернозема выщелоченного на 39,5 %, чернозема обыкновенного на 45,4 %. По нашему мнению, это связано с поступлением в почву большого количества органического вещества в виде опада фитомассы растений. Увеличению содержания общего азота на пашне способствуют климатические факторы, а также поступление в почву послеуборочных остатков в результате применения минимальной технологии выращивания зерновых культур. Результаты анализов фракционно-группового состава гумуса показали, что в большинстве типов почв в составе гумуса преобладают гуминовые кислоты. В черноземах южных содержание фульвокислот выше, чем гуминовых. Данные по оптической плотности показывают, что выщелоченные черноземы имеют очень высокую оптическую плотность, это указывает на преобладание в составе гумуса зрелых гуминовых кислот. В составе гумусовых веществ чернозема южного карбонатного превалируют фульвокислоты, а отношение СГК:СФК. не превышает 1. У данного типа почв более низкая оптическая плотность гуминовых кислот.
гумусное состояние, мониторинг почв сельскохозяйственного назначения, черноземные почвы, естественное плодородие, фракционно-групповой состав, сравнительный анализ, органическое вещество, целинные угодья, пахотные угодья
Введение. Земля, как природное тело и главное средство производства сельскохозяйственной продукции, представляет собой сложную, постоянно меняющуюся динамическую систему. Между основными агрохимическими свойствами почвы и урожайностью возделываемых на ней культур существует прямая корреляция [1]. В современных системах земледелия принято соблюдать балансовый принцип поступления и выноса элементов питания, прихода и расхода в почве запасов органического вещества [2].
Мониторинг земель – важнейший неотъемлемый раздел системы мер общегосударственного значения, направленных на сохранение плодородия почв, предупреждение еe деградации и техногенного загрязнения, без него невозможно планировать технологию производства растениеводческой продукции, определять стратегию в земледелии [3].
Расположение Челябинской области, разнообразие рельефа, геологических, гидрологических и климатических условий обусловили неоднородность почвенного покрова [4, 5]. Земли сельскохозяйственного назначения области размещены преимущественно на почвах черноземного типа, представленных черноземами выщелоченными (39,3 %), обыкновенными (28,8 %) и южными (3,6 %).
Челябинская область одна из первых в Российской Федерации с 1993 г. начала работу по расширенной программе мониторинга земель сельскохозяйственного назначения с охватом всех основных подтипов зональных почв. Полученные данные используются в разработке севооборотов и систем удобрений, на их основе составляются долгосрочные прогнозы изменения показателей почвенного плодородия и продуктивности агроценозов.
Цель исследования – провести анализ гумусного состояния черноземных почв Челябинской области на примере разрезов, заложенных по данной программе.
Объекты и методы. В качестве объекта исследования были выбраны почвенные разрезы, расположенные в двух природно-сельскохозяйственных зонах Челябинской области: северная лесостепная зона (чернозем выщелоченный, чернозем обыкновенный); степная зона (чернозем южный карбонатный). Челябинским НИИСХ ведется локальный мониторинг земель сельскохозяйственного назначения. Почвенные образцы с глубины 0–20 см отбирались с пяти прикопок вокруг разрезов с учетом типичности почвенного покрова. Прикопки на пашне и целине располагаются равномерно для наиболее полной и точной характеристики агрохимического состояния исследуемого угодья. Данные анализов почвенных образцов подвергаются статистической обработке на персональном компьютере по программе Snedekor. Виды и методы химических анализов почвенных образцов, предусмотренных программой мониторинга, в полной мере отвечают поставленным целям и задачам, позволяют получать информацию об изменениях параметров плодородия почв. Азот общий определяли методом индофенольной зелени по ГОСТ 26107-84; общий гумус – по Тюрину в модификации Симакова по ГОСТ 26213-91; групповой состав гумуса – по Кононовой-Бельчиковой, фракционный состав гумуса – по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой.
Результаты и их обсуждение
Содержание гумуса. Содержание в почве гумуса – устойчивый показатель, от которого зависят агрофизические и агрохимические свойства почвы, состояние ее биологической активности. Запасы гумуса обусловлены уровнем культуры земледелия, количеством возвращаемых в почву органических веществ, эрозионными процессами [6]. Резкое сокращение поголовья скота и уменьшение в связи с этим выхода навоза, а также высокая энергозатратность его приготовления, хранения и внесения не позволяют в настоящее время широко использовать этот традиционный вид органического удобрения для восполнения запасов гумуса в почвах.
Гумусное состояние основных подтипов почв Челябинской области по программе мониторинга земель сельскохозяйственного назначения изучается с 1993 г., интервал наблюдений 10 лет. В статье представлены данные с I по VI тур исследований.
По данным анализов, проведенных в ФГБНУ «Челябинский НИИСХ» на всех типах черноземных почв области, отмечено меньшее содержание гумуса на пашне по сравнению с целинными аналогами (табл. 1). При этом разница между целиной и пашней в первом туре составляла: в черноземах выщелоченных – 1,02 %; обыкновенных – 2,16 и южных – 1,24 %, к шестому туру эти различия составляли 3,5; 2,88 и 1,79 % соответственно.
Таблица 1
Изменение содержания гумуса в черноземных почвах в зависимости от типа угодья
в слое 0–20 см по турам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Содержание гумуса, % |
|||||
|
I тур (1993–1994 гг.) |
IV тур (2008 г.) |
VI тур (2019–2020 гг.) |
|||||
|
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
7,68+0,23 |
9,5 |
8,28+0,41 |
5,1 |
9,46+0,31 |
4,0 |
|
Пашня |
6,70+0,09 |
4,2 |
6,17+0,36 |
4,2 |
5,97+0,22 |
4,6 |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,27+0,16 |
6,1 |
8,49+0,82 |
6,3 |
8,68+0,71 |
7,8 |
|
Пашня |
6,11+0,11 |
5,9 |
6,78+0,60 |
4,4 |
5,80+0,37 |
7,5 |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,96+0,10 |
6,5 |
4,32+0,65 |
6,6 |
4,82+0,12 |
3,7 |
|
Пашня |
3,72+0,09 |
8,2 |
3,92+0,73 |
8,0 |
3,03+0,127 |
5,3 |
|
Следовательно, обработка почвы в течение продолжительного периода времени приводит к усилению процессов минерализации органического вещества и, как следствие, к существенному ухудшению гумусного состояния почвы. Изменение гумусированности почв от первого к шестому туру исследований обусловлено в основном количеством поступающего в почву свежего органического вещества, а также прижизненными корневыми выделениями степного фитоценоза [7]. Отмечается заметное увеличение запасов гумуса на целине чернозема выщелоченного (с 7,68 до 9,46 %), что можно объяснить снижением объемов отчуждения биомассы лугового биоценоза, вызванного повсеместным снижением поголовья скота как в общественном секторе, так и частном. На других типах черноземных почв содержание гумуса за исследуемый период практически не изменилось.
На пашне всех подтипов черноземных почв продолжается снижение природных запасов гумуса, несмотря на то, что в земледелии региона активно внедряются ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур (оставление соломы и пожнивных остатков) [8].
Содержание азота общего. Общий азот в почвах представлен в основном органическими соединениями, и его содержание предопределяется объемами поступающего в почву органического вещества [9].
Содержание азота общего в черноземных почвах области, как на пашне, так и на целине, подвержено значительным колебаниям. Если в первом туре обследования содержание общего азота в почвах было практически равным и не зависело от типа угодья, то к шестому туру запасы общего азота на целинных аналогах исследуемых подтипов почв значительно возросли, особенно в черноземах выщелоченных и обыкновенных: на 39,5 и 45,4 % соответственно (табл. 2).
Таблица 2
Изменение содержания азота общего в черноземных почвах в зависимости от типа угодья
в слое 0–20 см по турам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Содержание азота общего, % |
|||||
|
I тур (1993–1994 гг.) |
IV тур (2008 г.) |
VI тур (2019–2020 гг.) |
|||||
|
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
0,241+0,03 |
4,3 |
0,345+0,03 |
2,7 |
0,400+0,03 |
8,8 |
|
Пашня |
0,232+0,03 |
3,5 |
0,232+0,03 |
3,5 |
0,232+0,03 |
3,5 |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
0,248+0,09 |
12,1 |
0,400+0,04 |
6,9 |
0,550+0,03 |
5,2 |
|
Пашня |
0,244+0,09 |
12,3 |
0,335+0,02 |
4,6 |
0,365+0,01 |
3,8 |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
0,246+0,02 |
3,1 |
0,290+0,02 |
7,7 |
0,265+0,03 |
15,8 |
|
Пашня |
0,244+0,03 |
4,2 |
0,350+0,04 |
7,8 |
0,225+0,04 |
13,2 |
|
На пашне в исследуемых подтипах почв содержание азота общего было контрастным: в черноземах выщелоченных и южных к шестому туру оно не изменилось; в черноземах обыкновенных практически удвоилось, что можно объяснить более высокими объемами ежегодно поступающего свежего органического вещества в виде пожнивно-корневых остатков.
Гумусное состояние почв характеризуется большим набором показателей, отражающих уровни накопления гумуса в почве, качественный состав и т. д. Из общего набора показателей в данной статье приводятся данные по содержанию, запасам гумуса и обогащенности углерода азотом. Запасы гумуса в пахотном слое почвы дают наиболее полное представление о темпах гумусонакопления. Целинные почвы повсеместно обладают более высокими запасами гумуса, нежели пахотные. Исключение составляют выщелоченные черноземы, где запасы гумуса на пашне в первом туре обследования были выше, чем на целине, хотя по темпам накопления они находятся на одном уровне. К шестому туру обследования запасы гумуса на целинных аналогах черноземов выщелоченных и обыкновенных возросли, в то время как в южных снизились. На пахотных почвах во всех подтипах черноземных почв валовые запасы гумуса снизились, это обусловлено усиленной минерализацией органического вещества в результате обработки почвы [10].
Обогащенность гумуса азотом показывает наличие в почве резерва минерального азота. Результаты наших расчетов показали очень низкую обогащенность гумуса азотом в выщелоченных черноземах в первом туре обследования независимо от типа угодья, к шестому туру обогащенность гумуса азотом возросла до низкого и среднего уровня (табл. 3).
Фракционно-групповой состав. Изменения в гумусном состоянии почвы в результате длительного сельскохозяйственного использования выражаются в усилении фульватности гумуса, уменьшении гуминовых кислот и значительном снижении агрессивности фульвокислот. Поэтому важным показателем оценки гумусного состояния почв является определение фракционно-группового состава гумуса [11, 12].
Групповой и фракционный состав гумуса черноземных почв области, представленный в таблице 4, показывает закономерную изменчивость его в зонально-генетическом ряду почв.
В выщелоченных и обыкновенных черноземах в составе гумуса преобладают гуминовые кислоты, в то время как в южных черноземах преобладают фульвокислоты; отношение СГК : СФК в выщелоченных и обыкновенных черноземах выше 1, в южных ниже (табл. 4). Оптическая плотность гуминовых кислот в черноземах выщелоченных и обыкновенных сверхвысокая, в южных низкая. Принципиальных различий в групповом составе гумуса по турам обследования не отмечено. По типам угодья выявлены различия в составе гуминовых кислот. Если в первом туре различия были незначительны, то ко второму и четвертому туру в обыкновенных и южных черноземах установлено превышение доли гуминовых кислот на пашне по отношению к целине, что отчасти можно объяснить переходом на ресурсосберегающие технологии возделывания зерновых культур (в частности, оставление соломы на полях).
Количественной мерой типа гумуса служит отношение углерода гуминовых кислот к фульвокислотам. В исследуемых типах черноземных почв тип гумуса в выщелоченных и обыкновенных черноземах фульватно-гуматный, а в южных гуматно-фульватный.
Фракционный состав гумуса характеризует распределение веществ, входящих в те или иные группы почвенного гумуса по формам их соединений с минеральными компонентами почвы.
В черноземных почвах Челябинской области общим для всех подтипов является преобладание во фракционном составе гуминовых кислот первых двух фракций, это свободные и связанные с подвижными полуторными окислами и кальцием фракции. В составе фульвокислот в основном представлены 2 и 3 фракции, которые связаны с фракцией 2 и 3 гуминовых кислот (табл. 4).
По турам обследования выявлено возрастание общего количества гуминовых кислот в IV туре обследования. Тем не менее закономерности, установленные в I туре, сохранились. К IV туру обследования снизилась доля фульвокислот. Четкая закономерность установлена по типам угодья – на целинном аналоге черноземной почвы выявлено увеличение содержания гуминовых и фульвокислот первой фракции, состоящей из свободных и связанных с подвижными полуторными окислами гумусовых кислот. В составе гуминовых кислот к IV туру обследования возросла доля второй фракции гуминовых кислот на пашне по отношению к целине (табл. 4).
|
8 |
 |
Таблица 3
Гумусное состояние черноземных почв Челябинской области
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Содержание гумуса, % |
Уровень |
Запасы гумуса, т/га |
Уровень |
Обогащенность гумуса азотом, С:N |
Уровень
|
|
I тур обследования (1993–1994 гг.) |
|||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
7,68+0,23 |
Средний |
164,4 |
Высокий |
18,5 |
Очень низкий |
|
Пашня |
6,70+0,09 |
Средний |
180,9 |
Высокий |
16,8 |
Очень низкий |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,27+0,16 |
Высокий |
160,4 |
Высокий |
19,3 |
Очень низкий |
|
Пашня |
6,11+0,11 |
Средний |
124,6 |
Средний |
14,5 |
Очень низкий |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,96+0,10 |
Ниже среднего |
120,0 |
Средний |
11,7 |
Низкий |
|
Пашня |
3,72+0,09 |
Низкий |
100,4 |
Средний |
8,8 |
Средний |
|
|
IV тур обследования (2008 г.) |
|||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
8,28+0,41 |
Высокий |
177,2 |
Высокий |
13,9 |
Низкий |
|
Пашня |
6,17+0,36 |
Средний |
166,6 |
Высокий |
15,4 |
Очень низкий |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,49+0,82 |
Высокий |
164,7 |
Высокий |
12,3 |
Низкий |
|
Пашня |
6,78+0,60 |
Средний |
138,3 |
Средний |
11,7 |
Средний |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,32+0,65 |
Ниже среднего |
104,5 |
Средний |
8,6 |
Средний |
|
Пашня |
3,92+0,73 |
Низкий |
105,8 |
Средний |
6,5 |
Высокий |
|
|
VI тур обследования (2019–2020 г г.) |
|||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
9,46+0,31 |
Высокий |
202,4 |
Очень высокий |
13,7 |
Низкий |
|
Пашня |
5,97+0,22 |
Ниже среднего |
161,2 |
Высокий |
14,9 |
Средний |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,68+0,71 |
Высокий |
168,4 |
Высокий |
9,2 |
Низкий |
|
Пашня |
5,80+0,37 |
Ниже среднего |
118,3 |
Средний |
9,2 |
Средний |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,82+0,12 |
Ниже среднего |
116,6 |
Средний |
10,6 |
Средний |
|
Пашня |
3,03+0,12 |
Низкий |
81,8 |
Низкий |
7,8 |
Низкий |
|
|
9 |
 |
Таблица 4
Групповой и фракционный состав гумуса черноземных почв Челябинской области
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Собщ. в почве, % |
Фракция гуминовых кислот |
Фракция фульвокислот |
Сумма фракций ГК+ФК |
СГК СФК |
Оптическая плотность |
||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
Сумма |
1а |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
|||||||||
|
I тур обследования (1993 г.) |
|||||||||||||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
4,58 |
8,3 |
15,3 |
5,2 |
28,8 |
2,0 |
3,4 |
10,4 |
11,0 |
26,8 |
45,6 |
1,1 |
0,36 |
|||
|
Пашня |
3,94 |
6,6 |
17,1 |
4,8 |
28,5 |
2,3 |
3,5 |
11,4 |
9,0 |
26,2 |
54,7 |
1,1 |
0,32 |
||||
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
4,73 |
4,3 |
19,5 |
8,7 |
32,5 |
3,7 |
6,4 |
9,1 |
7,0 |
26,2 |
58,7 |
1,2 |
0,31 |
|||
|
Пашня |
3,52 |
3,7 |
23,8 |
9,8 |
37,3 |
3,4 |
6,1 |
10,4 |
6,6 |
26,5 |
63,8 |
1,4 |
0,29 |
||||
|
Чернозем южный |
Целина |
2,95 |
2,3 |
10,4 |
4,5 |
17,2 |
3,3 |
0,2 |
6,4 |
13,1 |
23,0 |
40,2 |
0,7 |
0,07 |
|||
|
Пашня |
2,26 |
2,1 |
4,9 |
6,5 |
13,5 |
3,6 |
- |
16,3 |
12,6 |
31,6 |
45,1 |
0,4 |
0,06 |
||||
|
II тур обследования (1998 г.) |
|||||||||||||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
4,04 |
8,54 |
24,6 |
8,5 |
41,6 |
1,8 |
6,3 |
9,0 |
8,0 |
25,1 |
66,7 |
1,7 |
0,39 |
|||
|
Пашня |
3,61 |
8,12 |
26,7 |
10,7 |
45,5 |
1,7 |
5,1 |
5,7 |
4,9 |
17,4 |
62,9 |
2,6 |
0,35 |
||||
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
4,65 |
6,50 |
20,0 |
12,5 |
39,0 |
2,8 |
4,2 |
6,4 |
7,0 |
20,4 |
59,4 |
1,9 |
0,34 |
|||
|
Пашня |
3,80 |
3,80 |
25,7 |
8,9 |
38,4 |
1,6 |
6,2 |
5,8 |
10,5 |
24,1 |
62,5 |
1,6 |
0,32 |
||||
|
Чернозем южный |
Целина |
2,95 |
1,60 |
5,8 |
6,9 |
14,3 |
3,5 |
1,3 |
8,3 |
10,1 |
23,2 |
37,5 |
0,6 |
0,06 |
|||
|
Пашня |
2,24 |
1,16 |
12,5 |
6,3 |
20,0 |
4,6 |
0,5 |
6,6 |
14,4 |
26,1 |
46,1 |
0,8 |
0,06 |
||||
|
IV тур обследования (2008 г.) |
|||||||||||||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
4,67 |
6,5 |
24,6 |
11,1 |
42,2 |
2,4 |
9,1 |
1,4 |
2,8 |
15,7 |
57,9 |
2,7 |
0,38 |
|||
|
Пашня |
3,58 |
4,8 |
32,2 |
13,1 |
50,1 |
2,8 |
7,5 |
1,4 |
2,2 |
13,9 |
64,0 |
3,6 |
0,35 |
||||
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
5,30 |
2,8 |
21,9 |
8,1 |
32,8 |
3,2 |
9,1 |
3,0 |
7,4 |
22,7 |
55,5 |
1,4 |
0,35 |
|||
|
Пашня |
3,93 |
4,8 |
23,6 |
7,3 |
35,7 |
3,6 |
5,0 |
7,5 |
8,3 |
24,4 |
60,1 |
1,5 |
0,34 |
||||
|
Чернозем южный |
Целина |
2,80 |
2,6 |
9,9 |
7,7 |
20,2 |
4,0 |
0,8 |
4,5 |
10,0 |
19,3 |
39,5 |
1,0 |
0,08 |
|||
|
Пашня |
2,38 |
3,6 |
12,7 |
8,0 |
24,3 |
4,4 |
0,2 |
4,2 |
6,0 |
14,8 |
39,1 |
1,6 |
0,07 |
||||
Заключение. Содержание гумуса в исследуемых типах черноземных почв за период сельскохозяйственного использования изменилось: в первом туре обследования разница между целиной и пашней составляла от 15 до 35 %, к шестому туру эта разница возросла до 50 %, причем наиболее заметное различие отмечено в черноземах выщелоченных и южных. Отмечается заметное увеличение запасов гумуса на целине чернозема выщелоченного (с 7,68 до 9,46 %). Показатели содержания азота общего более стабильны, тем не менее в целинных аналогах черноземов выщелоченных и обыкновенных к шестому туру его запасы заметно возросли: на 39,5 и 45,4 % соответственно. Групповой и фракционный состав гумуса черноземных почв области показывает закономерную изменчивость его в зонально-генетическом ряду почв: в выщелоченных и обыкновенных черноземах в составе гумусовых веществ преобладают гуминовые кислоты, в южных – фульвокислоты. Выщелоченные и обыкновенные черноземы имеют более высокую оптическую плотность по отношению к южным, тип гумуса у них фульватно-гуматный, а в южных гуматно-фульватный.
Введение. Земля, как природное тело и главное средство производства сельскохозяйственной продукции, представляет собой сложную, постоянно меняющуюся динамическую систему. Между основными агрохимическими свойствами почвы и урожайностью возделываемых на ней культур существует прямая корреляция [1]. В современных системах земледелия принято соблюдать балансовый принцип поступления и выноса элементов питания, прихода и расхода в почве запасов органического вещества [2].
Мониторинг земель – важнейший неотъемлемый раздел системы мер общегосударственного значения, направленных на сохранение плодородия почв, предупреждение еe деградации и техногенного загрязнения, без него невозможно планировать технологию производства растениеводческой продукции, определять стратегию в земледелии [3].
Расположение Челябинской области, разнообразие рельефа, геологических, гидрологических и климатических условий обусловили неоднородность почвенного покрова [4, 5]. Земли сельскохозяйственного назначения области размещены преимущественно на почвах черноземного типа, представленных черноземами выщелоченными (39,3 %), обыкновенными (28,8 %) и южными (3,6 %).
Челябинская область одна из первых в Российской Федерации с 1993 г. начала работу по расширенной программе мониторинга земель сельскохозяйственного назначения с охватом всех основных подтипов зональных почв. Полученные данные используются в разработке севооборотов и систем удобрений, на их основе составляются долгосрочные прогнозы изменения показателей почвенного плодородия и продуктивности агроценозов.
Цель исследования – провести анализ гумусного состояния черноземных почв Челябинской области на примере разрезов, заложенных по данной программе.
Объекты и методы. В качестве объекта исследования были выбраны почвенные разрезы, расположенные в двух природно-сельскохозяйственных зонах Челябинской области: северная лесостепная зона (чернозем выщелоченный, чернозем обыкновенный); степная зона (чернозем южный карбонатный). Челябинским НИИСХ ведется локальный мониторинг земель сельскохозяйственного назначения. Почвенные образцы с глубины 0–20 см отбирались с пяти прикопок вокруг разрезов с учетом типичности почвенного покрова. Прикопки на пашне и целине располагаются равномерно для наиболее полной и точной характеристики агрохимического состояния исследуемого угодья. Данные анализов почвенных образцов подвергаются статистической обработке на персональном компьютере по программе Snedekor. Виды и методы химических анализов почвенных образцов, предусмотренных программой мониторинга, в полной мере отвечают поставленным целям и задачам, позволяют получать информацию об изменениях параметров плодородия почв. Азот общий определяли методом индофенольной зелени по ГОСТ 26107-84; общий гумус – по Тюрину в модификации Симакова по ГОСТ 26213-91; групповой состав гумуса – по Кононовой-Бельчиковой, фракционный состав гумуса – по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой.
Результаты и их обсуждение
Содержание гумуса. Содержание в почве гумуса – устойчивый показатель, от которого зависят агрофизические и агрохимические свойства почвы, состояние ее биологической активности. Запасы гумуса обусловлены уровнем культуры земледелия, количеством возвращаемых в почву органических веществ, эрозионными процессами [6]. Резкое сокращение поголовья скота и уменьшение в связи с этим выхода навоза, а также высокая энергозатратность его приготовления, хранения и внесения не позволяют в настоящее время широко использовать этот традиционный вид органического удобрения для восполнения запасов гумуса в почвах.
Гумусное состояние основных подтипов почв Челябинской области по программе мониторинга земель сельскохозяйственного назначения изучается с 1993 г., интервал наблюдений 10 лет. В статье представлены данные с I по VI тур исследований.
По данным анализов, проведенных в ФГБНУ «Челябинский НИИСХ» на всех типах черноземных почв области, отмечено меньшее содержание гумуса на пашне по сравнению с целинными аналогами (табл. 1). При этом разница между целиной и пашней в первом туре составляла: в черноземах выщелоченных – 1,02 %; обыкновенных – 2,16 и южных – 1,24 %, к шестому туру эти различия составляли 3,5; 2,88 и 1,79 % соответственно.
Таблица 1
Изменение содержания гумуса в черноземных почвах в зависимости от типа угодья
в слое 0–20 см по турам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Содержание гумуса, % |
|||||
|
I тур (1993–1994 гг.) |
IV тур (2008 г.) |
VI тур (2019–2020 гг.) |
|||||
|
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
7,68+0,23 |
9,5 |
8,28+0,41 |
5,1 |
9,46+0,31 |
4,0 |
|
Пашня |
6,70+0,09 |
4,2 |
6,17+0,36 |
4,2 |
5,97+0,22 |
4,6 |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,27+0,16 |
6,1 |
8,49+0,82 |
6,3 |
8,68+0,71 |
7,8 |
|
Пашня |
6,11+0,11 |
5,9 |
6,78+0,60 |
4,4 |
5,80+0,37 |
7,5 |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,96+0,10 |
6,5 |
4,32+0,65 |
6,6 |
4,82+0,12 |
3,7 |
|
Пашня |
3,72+0,09 |
8,2 |
3,92+0,73 |
8,0 |
3,03+0,127 |
5,3 |
|
Следовательно, обработка почвы в течение продолжительного периода времени приводит к усилению процессов минерализации органического вещества и, как следствие, к существенному ухудшению гумусного состояния почвы. Изменение гумусированности почв от первого к шестому туру исследований обусловлено в основном количеством поступающего в почву свежего органического вещества, а также прижизненными корневыми выделениями степного фитоценоза [7]. Отмечается заметное увеличение запасов гумуса на целине чернозема выщелоченного (с 7,68 до 9,46 %), что можно объяснить снижением объемов отчуждения биомассы лугового биоценоза, вызванного повсеместным снижением поголовья скота как в общественном секторе, так и частном. На других типах черноземных почв содержание гумуса за исследуемый период практически не изменилось.
На пашне всех подтипов черноземных почв продолжается снижение природных запасов гумуса, несмотря на то, что в земледелии региона активно внедряются ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур (оставление соломы и пожнивных остатков) [8].
Содержание азота общего. Общий азот в почвах представлен в основном органическими соединениями, и его содержание предопределяется объемами поступающего в почву органического вещества [9].
Содержание азота общего в черноземных почвах области, как на пашне, так и на целине, подвержено значительным колебаниям. Если в первом туре обследования содержание общего азота в почвах было практически равным и не зависело от типа угодья, то к шестому туру запасы общего азота на целинных аналогах исследуемых подтипов почв значительно возросли, особенно в черноземах выщелоченных и обыкновенных: на 39,5 и 45,4 % соответственно (табл. 2).
Таблица 2
Изменение содержания азота общего в черноземных почвах в зависимости от типа угодья
в слое 0–20 см по турам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Содержание азота общего, % |
|||||
|
I тур (1993–1994 гг.) |
IV тур (2008 г.) |
VI тур (2019–2020 гг.) |
|||||
|
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
X+Sx |
V, % |
||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
0,241+0,03 |
4,3 |
0,345+0,03 |
2,7 |
0,400+0,03 |
8,8 |
|
Пашня |
0,232+0,03 |
3,5 |
0,232+0,03 |
3,5 |
0,232+0,03 |
3,5 |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
0,248+0,09 |
12,1 |
0,400+0,04 |
6,9 |
0,550+0,03 |
5,2 |
|
Пашня |
0,244+0,09 |
12,3 |
0,335+0,02 |
4,6 |
0,365+0,01 |
3,8 |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
0,246+0,02 |
3,1 |
0,290+0,02 |
7,7 |
0,265+0,03 |
15,8 |
|
Пашня |
0,244+0,03 |
4,2 |
0,350+0,04 |
7,8 |
0,225+0,04 |
13,2 |
|
На пашне в исследуемых подтипах почв содержание азота общего было контрастным: в черноземах выщелоченных и южных к шестому туру оно не изменилось; в черноземах обыкновенных практически удвоилось, что можно объяснить более высокими объемами ежегодно поступающего свежего органического вещества в виде пожнивно-корневых остатков.
Гумусное состояние почв характеризуется большим набором показателей, отражающих уровни накопления гумуса в почве, качественный состав и т. д. Из общего набора показателей в данной статье приводятся данные по содержанию, запасам гумуса и обогащенности углерода азотом. Запасы гумуса в пахотном слое почвы дают наиболее полное представление о темпах гумусонакопления. Целинные почвы повсеместно обладают более высокими запасами гумуса, нежели пахотные. Исключение составляют выщелоченные черноземы, где запасы гумуса на пашне в первом туре обследования были выше, чем на целине, хотя по темпам накопления они находятся на одном уровне. К шестому туру обследования запасы гумуса на целинных аналогах черноземов выщелоченных и обыкновенных возросли, в то время как в южных снизились. На пахотных почвах во всех подтипах черноземных почв валовые запасы гумуса снизились, это обусловлено усиленной минерализацией органического вещества в результате обработки почвы [10].
Обогащенность гумуса азотом показывает наличие в почве резерва минерального азота. Результаты наших расчетов показали очень низкую обогащенность гумуса азотом в выщелоченных черноземах в первом туре обследования независимо от типа угодья, к шестому туру обогащенность гумуса азотом возросла до низкого и среднего уровня (табл. 3).
Фракционно-групповой состав. Изменения в гумусном состоянии почвы в результате длительного сельскохозяйственного использования выражаются в усилении фульватности гумуса, уменьшении гуминовых кислот и значительном снижении агрессивности фульвокислот. Поэтому важным показателем оценки гумусного состояния почв является определение фракционно-группового состава гумуса [11, 12].
Групповой и фракционный состав гумуса черноземных почв области, представленный в таблице 4, показывает закономерную изменчивость его в зонально-генетическом ряду почв.
В выщелоченных и обыкновенных черноземах в составе гумуса преобладают гуминовые кислоты, в то время как в южных черноземах преобладают фульвокислоты; отношение СГК : СФК в выщелоченных и обыкновенных черноземах выше 1, в южных ниже (табл. 4). Оптическая плотность гуминовых кислот в черноземах выщелоченных и обыкновенных сверхвысокая, в южных низкая. Принципиальных различий в групповом составе гумуса по турам обследования не отмечено. По типам угодья выявлены различия в составе гуминовых кислот. Если в первом туре различия были незначительны, то ко второму и четвертому туру в обыкновенных и южных черноземах установлено превышение доли гуминовых кислот на пашне по отношению к целине, что отчасти можно объяснить переходом на ресурсосберегающие технологии возделывания зерновых культур (в частности, оставление соломы на полях).
Количественной мерой типа гумуса служит отношение углерода гуминовых кислот к фульвокислотам. В исследуемых типах черноземных почв тип гумуса в выщелоченных и обыкновенных черноземах фульватно-гуматный, а в южных гуматно-фульватный.
Фракционный состав гумуса характеризует распределение веществ, входящих в те или иные группы почвенного гумуса по формам их соединений с минеральными компонентами почвы.
В черноземных почвах Челябинской области общим для всех подтипов является преобладание во фракционном составе гуминовых кислот первых двух фракций, это свободные и связанные с подвижными полуторными окислами и кальцием фракции. В составе фульвокислот в основном представлены 2 и 3 фракции, которые связаны с фракцией 2 и 3 гуминовых кислот (табл. 4).
По турам обследования выявлено возрастание общего количества гуминовых кислот в IV туре обследования. Тем не менее закономерности, установленные в I туре, сохранились. К IV туру обследования снизилась доля фульвокислот. Четкая закономерность установлена по типам угодья – на целинном аналоге черноземной почвы выявлено увеличение содержания гуминовых и фульвокислот первой фракции, состоящей из свободных и связанных с подвижными полуторными окислами гумусовых кислот. В составе гуминовых кислот к IV туру обследования возросла доля второй фракции гуминовых кислот на пашне по отношению к целине (табл. 4).
|
8 |
|
Таблица 3
Гумусное состояние черноземных почв Челябинской области
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Содержание гумуса, % |
Уровень |
Запасы гумуса, т/га |
Уровень |
Обогащенность гумуса азотом, С:N |
Уровень
|
|
I тур обследования (1993–1994 гг.) |
|||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
7,68+0,23 |
Средний |
164,4 |
Высокий |
18,5 |
Очень низкий |
|
Пашня |
6,70+0,09 |
Средний |
180,9 |
Высокий |
16,8 |
Очень низкий |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,27+0,16 |
Высокий |
160,4 |
Высокий |
19,3 |
Очень низкий |
|
Пашня |
6,11+0,11 |
Средний |
124,6 |
Средний |
14,5 |
Очень низкий |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,96+0,10 |
Ниже среднего |
120,0 |
Средний |
11,7 |
Низкий |
|
Пашня |
3,72+0,09 |
Низкий |
100,4 |
Средний |
8,8 |
Средний |
|
|
IV тур обследования (2008 г.) |
|||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
8,28+0,41 |
Высокий |
177,2 |
Высокий |
13,9 |
Низкий |
|
Пашня |
6,17+0,36 |
Средний |
166,6 |
Высокий |
15,4 |
Очень низкий |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,49+0,82 |
Высокий |
164,7 |
Высокий |
12,3 |
Низкий |
|
Пашня |
6,78+0,60 |
Средний |
138,3 |
Средний |
11,7 |
Средний |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,32+0,65 |
Ниже среднего |
104,5 |
Средний |
8,6 |
Средний |
|
Пашня |
3,92+0,73 |
Низкий |
105,8 |
Средний |
6,5 |
Высокий |
|
|
VI тур обследования (2019–2020 г г.) |
|||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
9,46+0,31 |
Высокий |
202,4 |
Очень высокий |
13,7 |
Низкий |
|
Пашня |
5,97+0,22 |
Ниже среднего |
161,2 |
Высокий |
14,9 |
Средний |
|
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
8,68+0,71 |
Высокий |
168,4 |
Высокий |
9,2 |
Низкий |
|
Пашня |
5,80+0,37 |
Ниже среднего |
118,3 |
Средний |
9,2 |
Средний |
|
|
Чернозем южный |
Целина |
4,82+0,12 |
Ниже среднего |
116,6 |
Средний |
10,6 |
Средний |
|
Пашня |
3,03+0,12 |
Низкий |
81,8 |
Низкий |
7,8 |
Низкий |
|
|
9 |
|
Таблица 4
Групповой и фракционный состав гумуса черноземных почв Челябинской области
|
Подтип почвы |
Тип угодья |
Собщ. в почве, % |
Фракция гуминовых кислот |
Фракция фульвокислот |
Сумма фракций ГК+ФК |
СГК СФК |
Оптическая плотность |
||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
Сумма |
1а |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
|||||||||
|
I тур обследования (1993 г.) |
|||||||||||||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
4,58 |
8,3 |
15,3 |
5,2 |
28,8 |
2,0 |
3,4 |
10,4 |
11,0 |
26,8 |
45,6 |
1,1 |
0,36 |
|||
|
Пашня |
3,94 |
6,6 |
17,1 |
4,8 |
28,5 |
2,3 |
3,5 |
11,4 |
9,0 |
26,2 |
54,7 |
1,1 |
0,32 |
||||
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
4,73 |
4,3 |
19,5 |
8,7 |
32,5 |
3,7 |
6,4 |
9,1 |
7,0 |
26,2 |
58,7 |
1,2 |
0,31 |
|||
|
Пашня |
3,52 |
3,7 |
23,8 |
9,8 |
37,3 |
3,4 |
6,1 |
10,4 |
6,6 |
26,5 |
63,8 |
1,4 |
0,29 |
||||
|
Чернозем южный |
Целина |
2,95 |
2,3 |
10,4 |
4,5 |
17,2 |
3,3 |
0,2 |
6,4 |
13,1 |
23,0 |
40,2 |
0,7 |
0,07 |
|||
|
Пашня |
2,26 |
2,1 |
4,9 |
6,5 |
13,5 |
3,6 |
- |
16,3 |
12,6 |
31,6 |
45,1 |
0,4 |
0,06 |
||||
|
II тур обследования (1998 г.) |
|||||||||||||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
4,04 |
8,54 |
24,6 |
8,5 |
41,6 |
1,8 |
6,3 |
9,0 |
8,0 |
25,1 |
66,7 |
1,7 |
0,39 |
|||
|
Пашня |
3,61 |
8,12 |
26,7 |
10,7 |
45,5 |
1,7 |
5,1 |
5,7 |
4,9 |
17,4 |
62,9 |
2,6 |
0,35 |
||||
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
4,65 |
6,50 |
20,0 |
12,5 |
39,0 |
2,8 |
4,2 |
6,4 |
7,0 |
20,4 |
59,4 |
1,9 |
0,34 |
|||
|
Пашня |
3,80 |
3,80 |
25,7 |
8,9 |
38,4 |
1,6 |
6,2 |
5,8 |
10,5 |
24,1 |
62,5 |
1,6 |
0,32 |
||||
|
Чернозем южный |
Целина |
2,95 |
1,60 |
5,8 |
6,9 |
14,3 |
3,5 |
1,3 |
8,3 |
10,1 |
23,2 |
37,5 |
0,6 |
0,06 |
|||
|
Пашня |
2,24 |
1,16 |
12,5 |
6,3 |
20,0 |
4,6 |
0,5 |
6,6 |
14,4 |
26,1 |
46,1 |
0,8 |
0,06 |
||||
|
IV тур обследования (2008 г.) |
|||||||||||||||||
|
Чернозем выщелоченный |
Целина |
4,67 |
6,5 |
24,6 |
11,1 |
42,2 |
2,4 |
9,1 |
1,4 |
2,8 |
15,7 |
57,9 |
2,7 |
0,38 |
|||
|
Пашня |
3,58 |
4,8 |
32,2 |
13,1 |
50,1 |
2,8 |
7,5 |
1,4 |
2,2 |
13,9 |
64,0 |
3,6 |
0,35 |
||||
|
Чернозем обыкновенный |
Целина |
5,30 |
2,8 |
21,9 |
8,1 |
32,8 |
3,2 |
9,1 |
3,0 |
7,4 |
22,7 |
55,5 |
1,4 |
0,35 |
|||
|
Пашня |
3,93 |
4,8 |
23,6 |
7,3 |
35,7 |
3,6 |
5,0 |
7,5 |
8,3 |
24,4 |
60,1 |
1,5 |
0,34 |
||||
|
Чернозем южный |
Целина |
2,80 |
2,6 |
9,9 |
7,7 |
20,2 |
4,0 |
0,8 |
4,5 |
10,0 |
19,3 |
39,5 |
1,0 |
0,08 |
|||
|
Пашня |
2,38 |
3,6 |
12,7 |
8,0 |
24,3 |
4,4 |
0,2 |
4,2 |
6,0 |
14,8 |
39,1 |
1,6 |
0,07 |
||||
Заключение. Содержание гумуса в исследуемых типах черноземных почв за период сельскохозяйственного использования изменилось: в первом туре обследования разница между целиной и пашней составляла от 15 до 35 %, к шестому туру эта разница возросла до 50 %, причем наиболее заметное различие отмечено в черноземах выщелоченных и южных. Отмечается заметное увеличение запасов гумуса на целине чернозема выщелоченного (с 7,68 до 9,46 %). Показатели содержания азота общего более стабильны, тем не менее в целинных аналогах черноземов выщелоченных и обыкновенных к шестому туру его запасы заметно возросли: на 39,5 и 45,4 % соответственно. Групповой и фракционный состав гумуса черноземных почв области показывает закономерную изменчивость его в зонально-генетическом ряду почв: в выщелоченных и обыкновенных черноземах в составе гумусовых веществ преобладают гуминовые кислоты, в южных – фульвокислоты. Выщелоченные и обыкновенные черноземы имеют более высокую оптическую плотность по отношению к южным, тип гумуса у них фульватно-гуматный, а в южных гуматно-фульватный.
1. Булгаков Д.С. Агроэкологическая оценка пахотных почв. М., 2002. 252 с.
2. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н. Система показателей гумусного состояния почв // Методы исследований органического вещества почв. М.: Россельхозакадемия, 2005. С. 6–17.
3. Кушниренко Ю.Д. Агрохимические аспекты повышения эффективного плодородия южноуральских черноземов // Проблемы ураль¬ских черноземов: сб. науч. тр. / ЧНИИСХ. Челябинск,. 1993. С. 87–112.
4. Трансформация черноземных почв Челябинской области в процессе сельскохозяйственного использования / В.Н. Брагин [и др.] // Состояние почв Центрального Черноземья России и проблемы воспроизводства их плодородия: сб. науч. докл. Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж, 2015. С. 242–246.
5. Сенькова Л.А. Состояние почв агроландшафтов Южного Урала в среде антропогенного воздействия и проблема их использования // Наука и технологии: тр. 28-й Российской школы. М.: РАН, 2008. Т. 2. С. 244–250.
6. Бирюкова О.Н., Орлов Д.С. Содержание и состав гумуса в основных типах почв России // Почвоведение. 2004. № 2. С. 171–188.
7. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
8. Рациональное использование земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области / В.С. Зыбалов [и др.]. Челябинск: ЮУрГАУ, 2016. 265 с.
9. Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. М.: Колос, 2010. 687 с.
10. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения). Л.: Наука, 1980. 222 с.
11. Кудеяров В.Н. Агрогеохимические циклы углерода и азота в современном земледелии России // Агрохимия. 2019. № 12. С. 3–15.
12. Методы исследований органического вещества почв. М.: Россельхозакадемия, 2005. 521 с.
