Статья: Гумусное состояние различных типов почв при длительном орошении

Гумусное состояние различных типов почв при длительном орошении

В.Н. Щедрин, Л.М. Докучаева, Р.Е. Юркова, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации

Аннотация

Цель исследований - изучить направленность процессов гумификации - дегумификации при длительном орошении на различных типах почв. Объекты исследований - почвы ключевых участков в различных агроклиматических зонах от серых лесных (Рязанская область) до темно-каштановых (Саратовская область). Проводились исследования по влиянию длительного орошения на содержание гумуса и его качественный состав. В результате выявлено, что в серых лесных почвах при длительном орошении пресной водой общее содержание гумуса практически не изменяется, а полное отсутствие анаэробных условий в растительном опаде этих почв даже при орошении приводит к образованию качественного гумуса с преобладанием гуминовых кислот. Общее содержание гумуса в типичных черноземах лесостепной зоны возросло на 0,08 %, а в обыкновенных - на 0,13 % по сравнению с участками без орошения.

В обеих почвах при орошении наметилась тенденция к уменьшению содержания гуминовых кислот, но по типу гумуса они остаются гуматными. По сравнению с неорошаемыми участками в черноземе обыкновенном степной зоны при поливах пресной водой содержание гумуса меньше на 0,53 %, а при поливах слабоминерализованной водой на 0,93 %. В черноземах южных в комплексе с солонцами при поливах водой неблагоприятного состава также наблюдается процесс дегумификации, чему способствуют и природные негативные свойства этих почв, солонцеватость и низкое содержание кальция в почвенном поглощающем комплексе.

В темно-каштановых почвах внесение навоза на протяжении трех ротаций шестипольного зерно-кормового севооборота среднегодовой дозой 10 т/га и минеральных удобрений не менее 150 кг действующего вещества на гектар, а также уменьшение водной нагрузки на почвы обеспечивает устойчивое повышение содержания гумуса по сравнению с неорошаемыми аналогами на 18 %, и гумус остается гуматным.

Ключевые слова: типы почв, гумификация, дегумификация, гумус, гуминовые кислоты, фульвокислоты, орошение.

Abstract

The aim of research is to study the direction of humification processes - dehumification during prolonged irrigation on various types of soils. Objects of research are soils of key areas in various agro-climatic zones from gray forest (Ryazan region) to dark chestnut (Saratov region). Investigations on the effect of prolonged irrigation on humus content and its qualitative composition were carried out. As a result it was found that in gray forest soils with prolonged irrigation with fresh water the total humus content practically does not change and the total absence of anaerobic conditions in the vegetative fall of these soils even under irrigation leads to formation of a high-quality humus with a predominance of humic acids. The total humus content in typical chernozem of the forest-steppe zone increased by 0.08 %, and in ordinary chernozem - by 0.13 % in comparison with the plots without irrigation.

In both soils by irrigation there has been a tendency to decrease the content of humic acids, but they remain humate by the type of humus. In comparison with non-irrigated plots in ordinary chernozem of the steppe zone with fresh water irrigation, the humus content is less by 0.53 %, and in irrigation with low-mineralized water by 0.93 %. The process of dehumification is also observed in the southern chernozems with solonets complex by irrigation with unfavorable water composition, which is also facilitated by the natural negative properties of these soils, first of all, alkalinity and low calcium content in the soil absorbing complex. In the dark chestnut soils, manure application over three rotations of a six-field grain-forage crop rotation with an average annual dose of 10 tons per hectare and mineral fertilizers of at least 150 kilograms per hectare, as well as a decrease in the water load on soils ensures sustainable increase of humus content in comparison with non-irrigated analogues by 18 %, and humus remains a humate one.

Key words: soil types, humification, dehumification, humus, humic acids, fulvic acids, irrigation.

Основным показателем плодородия почв является гумус, его запасы и качественный состав. Сработка запасов гумуса сопровождается ухудшением практически всех свойств почв - разрушением структуры, уплотнением и уменьшением водопроницаемости, снижением величины почвенного поглощающего комплекса, уменьшением содержания доступных элементов питания и биологической активности и, как следствие, потерей почвой ее роли как геохимического барьера [1-4]. Исходя из этого при изучении направленности почвообразовательных процессов особое внимание следует уделить гумификации.

Вопросам изучения гумификации - дегумификации на землях сельскохозяйственного назначения посвящено много работ, в том числе при орошении. Чаще всего снижение содержания гумуса наблюдается в первые годы орошения, затем происходит его стабилизация, а с увеличением срока орошения даже некоторый рост [5]. Однако по данным Г.И. Андреева, в орошаемых почвах второй и третьей террас Дона и Западного Маныча содержание гумуса в пахотном слое характеризуется величинами того же порядка (3-5 %), что и в неорошаемых [6]. Исследования Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации (РосНИИПМ) показывают, что в этих почвах при длительном орошении пресной водой наблюдалось значительное уменьшение общего содержания гумуса в слое 0-40 см по сравнению с богарой и его количеством до орошения в этих же почвах [7].

По данным зарубежных авторов, орошение в засушливых и полузасушливых регионах, где почвы характеризуются низким содержанием органического вещества, способствует увеличению количества гумуса и общего азота [8, 9].

Таким образом, исследования по выявлению влияния орошения на содержание и состав гумуса довольно противоречивы, так как на процессы гумификации - дегумификации влияют многие факторы, а именно: почвенно-климатические условия, вид орошения, тип водного режима, свойства почв, минерализация и состав поливной воды, возделываемые культуры, система землепользования и т. д. Отсюда следует, что проведенные исследования в данном направлении актуальны.

Цель исследований - изучить направленность процессов гумификации - дегумификации при длительном орошении на различных типах почв.

Материалы и методы. Полевые исследования в 2016 г. проводились в различных агроклиматических зонах. Для установления закономерностей влияния длительного орошения на процессы гумификации и дегумификации определены ключевые участки. Орошение проводилось наиболее распространенным в последние годы способом - дождеванием. Под длительным орошением в данной работе подразумевается применение регулярного орошения более 10 лет.

Место, почвы и условия, при которых формировались почвенные процессы, представлены в таблице 1.

Отбор образцов проводился по слоям 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см в осенний период, когда влияние орошения, применявшегося в течение прошедшего сезона, наиболее выражено. В зависимости от конфигурации участка отбор почвенных образцов проводился по принципу конверта (по одной пробе из четырех углов и один из центра) или по диагонали участка.

Для решения поставленной задачи в эколого-аналитической лаборатории РосНИИПМ выполнены следующие виды анализов:

- анализ на содержание гумуса ГОСТ 26213-91. Методы определения органического вещества. - Введ. 1993-07-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет. - Кодекс-Юг, 2017.;

- определение группового состава гумуса ускоренным методом М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой [10].

Оценка гумусного состояния различных типов почв проведена по Д.С. Орлову [11].

Таблица 1 - Почвы и условия проведения исследований

Результаты и обсуждение. На формирование гумусного состояния влияют многие факторы, но главными источниками накопления гумуса являются травяной покров, растительный опад лесов и пожнивно-корневые остатки возделываемых культур. Из данных рисунка 1 видно, что наибольшее количество гумуса содержится в серых лесных почвах и черноземах Центрально-Черноземной области (ЦЧО). В серых лесных почвах в неорошаемых условиях его содержание составляет 5,18 %, в черноземах типичных - 7,27 %, а в обыкновенных - 6,23 %. При длительном орошении оросительными нормами, не превышающими 2000 м³/га, его количество практически оставалось на прежнем уровне, т. е. процесс гумификации в данных почвах не ослабляется.

Рисунок 1 - Общее содержание гумуса на неорошаемых и орошаемых участках с различными типами почв (0-40 см). Типы почв на ключевых участках: № 1 - серая лесная почва; № 2 - чернозем типичный ЦЧО; № 3 - чернозем обыкновенный ЦЧО; № 4 - чернозем обыкновенный (Ростовская область, пресная вода); № 5 - чернозем обыкновенный (Ростовская область, минерализованная вода); № 6 - чернозем южный (комплексный покров); № 7 - темно-каштановая почва

Это прежде всего связано с тем, что, например, серые лесные почвы формируются в широколиственных лесах с богатым травяным покровом, с которым на поверхность почвы поступает 70-80 % растительного опада, содержащего 50-90 кг/га азота и 70-100 кг/га оснований, преимущественно кальция [12, 13]. В серых лесных почвах преобладают гуминовые кислоты [14]. При орошении наблюдается в этих почвах полное отсутствие анаэробного разложения растительного опада, что приводит к образованию качественного гумуса (таблица 2). Как видно из данных таблицы 2, длительное орошение не изменило содержание и состав гумуса. Разница в содержании гумуса в слое 0-40 см на неорошаемом и орошаемом участках составила 0,15 % при НСР₀₅ = 0,34. Также преобладают гуминовые кислоты и тип гумуса фульватно-гуматный. Эти результаты подтверждают, что в данных почвах при длительном орошении процесс гумификации не нарушен.

Таблица 2 - Общее содержание, групповой состав гумуса в длительно орошаемых серых лесных почвах, ООО «Авангард», Рязанская область (n=5)

Черноземы - это почвы травянистых формаций, приуроченных к степной и лесостепной зонам. Характерный гумусовый профиль сформировался благодаря воздействию травянистой растительности с ее мощной, быстро отмирающей и легко гумифицирующейся корневой системой, поэтому наиболее важными процессами образования чернозема являются дерновый процесс и миграция гидрокарбоната кальция в профиле.

Эти процессы формируют гумусовый и карбонатный профили чернозема. Они привели к образованию чернозема в девственной степи и продолжают оставаться главными процессами, хотя количественно измененными, в распаханных и орошаемых черноземах [5, 15, 16].

Количество растительной массы естественных травяных сообществ на черноземах высокое: в лесостепи Русской равнины 30-40 ц/га надземной фитомассы и 200 ц/га корней, в степи соответственно 8-24 ц/га и 150-300 ц/га. Ежегодный прирост надземной фитомассы на черноземах в 1,5-2,0 раза выше количества биомассы в период максимального развития. Прирост корней составляет 50-60 % их общей массы. В среднем опад травяных сообществ черноземной зоны в год составляет 200 ц/га.

Оптимальные условия для черноземообразования складываются в южной части лесостепной зоны, в полосе типичных и обыкновенных черноземов, где имеется максимальное количество растительной массы и определенный гидротермический режим.

Анализ гумусного состояния орошаемых и неорошаемых почв ключевых участков ЦЧО лесостепной зоны проведен для верхнего слоя 0-40 см (таблица 3), так как известно, что в агроценозах наиболее заметной трансформации подвергается именно верхняя полуметровая толща почвенного профиля [17].

Таблица 3 - Гумусное состояние типичных и обыкновенных черноземов длительно орошаемых ЦЧО (n = 5)