Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
Карпова Дина Вячеславовна
ОЦЕНКА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ
Специальности: 03.00.16 Ц Экология
03.00.27 Ц Почвоведение
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Москва - 2009
Работа выполнена в Государственном научном учреждении Владимирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии
Научные консультанты:
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Чижикова Наталья Петровна
доктор биологических наук,
профессор Балабко Петр Николаевич
Официальные оппоненты:
доктор биологичеких наук,
профессор Васенев Иван Иванович
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Водяницкий Юрий Никифорович
доктор сельскохозяйственных наук,
ауреат Государственной премии РФ
в области науки Ратников Александр Николаевич
Ведущая научная организация: ГНУ Научно-исследовательский институт сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны РФ (ГНУ НИИСХ ЦРНЗ)
Защита состоится _____________в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 006.029.01 при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д. Н. Прянишникова Россельхозакадемии
Адрес: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.31 А, диссертационный совет Д.006.029.01.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИА
им. Д. Н. Прянишникова Россельхозакадемии
Автореферат разослан л_____ __________________2009г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, можно прислать по адресу: 127550, г. Москва, И-550, ул. Прянишникова, д.31 а.
Ученый секретарь
диссертационного совета Л.В. Никитина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Проблема оценки агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья при современных тенденциях развития агропромышленного комплекса представляется чрезвычайно важной, сложной и многогранной. Этот природно-экологический массив длительного исторического освоения, включающий свыше 220 тыс. гектаров высокопродуктивных почв, способен обеспечивать до 50-60 % всей валовой продукции сельского хозяйства региона. Здесь существуют все необходимые условия для освоения современных агротехнологий на фоне исключительно богатого опыта земледелия местного крестьянства.
Серые лесные почвы развиты в области контакта лесной и степной зон Европейской территории России и отражают особенности природных ландшафтов промежуточной лесостепной биоклиматической зоны. В сложном сочетании лесных и степных ландшафтов образуется гамма переходов, усложняющаяся взаимонаправленными путями их эволюции, а также интенсивным и длительным антропогенезом. Почвы Владимирского ополья являются уникальными объектами пристального изучения их генезиса почвенного покрова характеризующегося исключительной пестротой.
Важнейшим аспектом проблемы агроэкологической оценки почв является исследование современного гумусного состояния, теоретическое обоснование и разработка путей оптимизации режима органического вещества серых лесных почв Владимирского ополья, изучение минералогического состава, аккумуляции тяжелых металлов и ксенобиотиков.
Не менее важным при осуществлении агроэкологической оценки почв является изучение процессов изменения упомянутых и других свойств в результате, интенсивного освоения - в 70-80е годы, преимущественно экстенсивного - в послереформенное время, сопровождающееся часто выводом земель из активного агропроизводства. Чрезвычайно актуальным представляется поиск путей стабилизации пищевого, водного и воздушного питания, режимов органического вещества, использование данных минералогического состава почв для оценки как потенциального, так и эффективного плодородия почв, адаптацию к природно-ландшафтным особенностям региона, обеспечивающих компромисс и устраняющих противоречие между интенсификацией производства и требованиями экологизации природопользования.
В последние годы хорошее развитие получают работы по формированию единого государственного информационного ресурса, развитие государственного мониторинга земель используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства на новых экологических принципах землепользования. Агроэкологический мониторинг по современным представлениям подразделяется на контрольный, технологический (производственный) и научный. Последний, в свою очередь, включает понятие тестовых полигонов, реперных участков, подразумевает высокую интеллектуально емкую составляющую.
Формирование базы данных научного агроэкологического мониторинга почв, включающих широкий комплекс показателей, закономерностей детерминирующих процессы современного почвообразования (в т.ч. деградационных), загрязнения тяжелыми металлами и других факторов и условий, определяющих выбор рациональных агротехнологий, является чрезвычайно актуальной научной проблемой.
Цель работы состояла в комплексной оценке агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья, которая включает анализ современного режима органического вещества в зависимости от длительности освоения, уровня интенсификации агротехнологий, степени проявления агротехногенеза, оценки роли природных ресурсов почв путем изучения минералогического состава фракций разной размерности, оценке микростроения и гетерогенности тонкодисперсного материала, содержания тяжелых металлов и их распределения по основным почвенным компонентам для совершенствования научного агроэкологического мониторинга почв.
Задачи исследований включали комплекс вопросов:
- представить наиболее полную характеристику современного состояния органического вещества серых лесных целинных и пахотных почв Владимирского ополья различной степени окультуренности;
- установить характер, сформулировать закономерность и направленность изменения содержания групп и фракций органического вещества и состава легкоразлагаемого органического вещества серых лесных почв под влиянием антропогенного воздействия;
- определить минералогический состав тонкодисперсных фракций (ил, тонкая, средняя пыль) в серых лесных залежных (целинных) и пахотных средне-тяжелосуглинистых почвах, установить характер распределения органического вещества во фракциях и подфракциях дробной пептизации;
- изучить гетерогенность илистого вещества с помощью анализа минералогического состава подфракций дробной пептизации (ПДП) - воднопептизированного ила (ВПИ) и агрегированного ила (АИ);
- изучить закономерности пространственного распределения илистой фракции и ее минеральных компонентов в пределах структур почвенного покрова Владимирского ополья;
- установить микроморфологическое строение серых лесных почв Владимирского ополья;
- обосновать оценки потенциального и эффективного плодородия серых лесных почв Владимирского ополья с учетом резервов элементов питания растений и агроэкологического состояния почв, на основе анализа распределений тяжелых металлов в почвах, гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации;
- обосновать целесообразность и необходимость комплексного подхода при анализе поведения органического вещества, трансформации минеральной части почв, обусловливающих сорбционную их способность и другие важные для агроэкологической оценки и научного мониторинга показатели.
Научная новизна исследований:
- Впервые в зависимости от систем применения удобрений проведена комплексная оценка органического вещества серых лесных почв Владимирского ополья. Установлены закономерности изменения гумуса серых лесных почв, его основных групп, компонентов (воднорастворимый, лабильный, валовый) и фракций; определено содержание органического углерода в гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации. Предложена модификация определения лабильных гумусовых веществ.
- Для серых лесных тяжелосуглинистых пахотных почв установлены закономерности пространственной изменчивости ряда показателей системы илисто - минералогических блоков, таких как пространственное распределение илистой фракции и основных минеральных фаз - смектитовой и гидрослюдистой.
- Представлена общая оценка резервов элементов питания растений серых лесных почв c позиций количественного содержания минералов в составе ила, тонкой, средней пыли и песчаной фракции.
- Впервые проанализировано распределение ТМ в подфракциях дробной пептизации (воднопептизированных и агрегированных илах);
- Обоснована необходимость комплексного подхода оценки агроэкологического состояния серых лесных почв по анализу трансформаций органического вещества, минералогического состава различных по размерности фракций, микроморфологии, механизмы их прямого и косвенного влияния на гомеостатические функции почвы.
Практическая значимость. Предложены технологические приемы эффективного, экологически безопасного использования различных видов и форм органических удобрений в севооборотах адаптивно-ландшафтного земледелия на серых лесных почвах Владимирского ополья.
Разработаны методические рекомендации, позволяющие на основе проведенных агроэкологических исследований обосновать меры по снижению и предотвращению деградации почв Владимирского ополья в различных условиях ведения сельскохозяйственного производства.
Установленные количественные и качественные характеристики, закономерности трансформации органических соединений, минералогического состава, поведения тяжелых металлов и др.; могут быть использованы для совершенствования систем научного агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.
Практические результаты ориентированы на руководителей и специалистов сельскохозяйственных предприятий различного экономического уклада, агроэкологов, научных работников, аспирантов и студентов сельскохозяйственных вузов.
Положения, выносимые на защиту. Комплекcная оценка функционирования органического вещества, формирования разных групп и фракций гумусовых веществ в зависимости от длительности и интенсивности освоения, пространственной гетерогенности показателей системы илисто - минералогических блоков - рассматриваются как базовые компоненты оценки агроэкологического научного мониторинга состояния серых лесных почв.
Закономерности формирования потенциальных и доступных резервов элементов питания растений (калия, фосфора) с позиций содержания в минералах гранулометрических фракций различной дисперсности.
Методы качественного и количественного описания, закономерности и вероятные механизмы аккумуляции ряда тяжелых металлов (Pb, Cu, Mn, Zn) во фракции водно-пептизированного ила, и более прочной фиксации других (Fe, Cr, Ni, Co), на поверхности слоистых силикатов.
Характеристика микроморфологического строения и текстурной дифференциации профилей изучаемых почв как отражение направленности процессов антропогенеза и важная характеристика агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья.
Апробация работы. По результатам работы опубликовано 55 научных работ, в том числе 1 монография. Материалы исследований входят в ряд коллективных монографий, сборников, рекомендаций, нормативных и методических документов, опубликованы в рецензируемых журналах. Материалы и результаты исследований были представлены и обсуждались на научно-практической конференции "Экологические проблемы АПК Ивановской области" - Иваново, 1995; научной конференции Современные тенденции в математическом моделировании агроэкосистем. Санкт-Петербург, Агрофизический НИИ 24-29 июня 1997г.; совещании "Агрохимические, агроэкологические, экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых и других культур" 23-27 марта 1998 , ВИУА, Москва; научной конференции Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения . М., 23-25 июня 1998 года; на научно-практической конференции "Современные проблемы оптимизации минерального питания растений". Нижний Новгород, 1998; на Всероссийской молодежной конференции "Растение и почва", С-Петербург, 1999; Международных научно-практических конференциях Экология речных бассейнов, Владимир, 1999,2005гг., Международной конференции Геохимические барьеры в зоне гипергенеза, Москва, 1999;. научно-практической конференции "Научные достижения - развитию агропромышленного комплекса", Иваново 2000; III cъезде Докучаевского общества почвоведов, Суздаль, 2000; Всероссийской конференции, посвященной 75-летию Почвенного института Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям, Москва, 2002; IV съезде Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск,. 2004; V съезде Докучаевского общества почвоведов, Ростов, 2008г.
Результаты исследований используются на факультете почвоведения МГУ при чтении лекций по курсу Общее земледелие, по спецкурсу Агроэкология, в Московском Авиационном институте (государственном техническом университете) при чтении лекций по курсу Прикладная экология.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав и выводов. Изложена на 331 стр. машинописного текста, включает 69 таблиц, 69 рисунков. Список литературы включает 497 публикаций.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Роль агроэкологических свойств почв в формировании урожайности и качества растениеводческой продукции. В главе представлен обзор литературы, включающий оценку современных представлений о свойствах органического вещества почв и приемах их регулирования, агрохимических и физико-химических характеристик почв во взаимосвязи с урожайностью, закономерностей трансформации тяжелых металлов в почвах.
Подчеркивается решающее влияние органического вещества на биологические, агрофизические, агрохимические факторы плодородия, агроэкологическую устойчивость почв (Тюрин, 1937; Рассел, 1955; Кононова, 1963; Возбуцкая,1968; Александрова, 1980; Пономарева, Плотникова, 1980; Лыков, 1982;; Дергачева, 1984; Титлянова, Кирюшин и др., 1984; Кулаковская, 1985; Попов, 1987; Минеев, 1988; Шевцова и др., 1988; Кирюшин, 1990; Орлов, 1974, 1990, 1996; Jenkinson, 1965,1971; Sorensen, 1974; Parnas, 1976; Woods and Schuman, 1986; Kundler, 1986; Johnston, 1986 и др.).
Освоение почв приводит к упрощению структуры биоты, нарушению строения верхнего слоя почвы, резко меняет параметры углеводного и других циклов, соотношение подземных и надземных частей, общее количество биомассы. Органические удобрения в значительной мере определяют формирование запасов гумуса, состав новообразованных гумусовых веществ и энергетический потенциал почв, оказывают комплексное воздействие на биологические, агрофизические, агрохимические показатели (Шевцова, Володарская, 1991; Шевцова и др., 2005). Традиционные формы удобрений часто не компенсируют ежегодные потери почвенного органического вещества. При распашке серых лесных почв увеличивается численность и активность микроорганизмов, минерализующих вновь образованное и натурное органическое вещество почвы. Высокая культура земледелия, систематическое применение органических и минеральных удобрений способствует сохранению и воспроизводству плодородия почвы (Потехина, 1966;Гамзиков и др., I983; Чагина и др., 1986).
В главе рассматриваются также вопросы зависимости обеспеченности почв питательными элементами и урожая различных сельскохозяйственных культур (Прокошев, 1985,1988; Литвак и др., 1990; Кулаковская 1990; Петербургский, Смирнова 1989; Шафран, 1995; Сычёв, 2000 и др.). Так, 30-летний анализ урожайности сельскохозяйственных культур по основным почвенно-климатическим зонам Европейской части России, свидетельствует о том, что продуктивность пашни повсеместно возрастала по мере увеличения доз удобрений и повышения окультуренности почв. Вклад удобрений в формирование урожая колебался в зависимости от зоны от 10 до 37%, от окультуренности почвы от 20 до 44%, увеличиваясь от дерново-подзолистых почв к чернозёмам.
По мнению ряда авторов, для верхних горизонтов пахотных почв характерны меньшие концентрации ТМ по сравнению с их природными аналогами (Сает, Борисенко,1989; Прохорова, Матвеев, 1996; Носко, 1996; Учватов, 1997). Однако существуют и противоположные точки зрения (Глазовская, 1997). Наличие на поверхности почвенных частиц широкого спектра функциональных групп является причиной сложных и многообразных реакций взаимодействия металлов с поверхностью.
Контроль за содержанием химических элементов в растительной продукции, возможность его регулирования в трофической цепи, изучение зависимости состояния здоровья человека, животных, растений от биогеохимических условий среды - важнейшие задачи, стоящие на стыке различных областей естествознания (Ягодин, 1988). Уровень аккумуляции ксенобиотиков, тяжелых металлов в почве - важнейший фактор оценки агроэкологического состояния почв и регламентации антропогенеза в условиях современных тенденций развития агропроизводства.
Глава 2. Природно-климатические условия и генезис серых лесных почв Владимирского ополья. Владимирское ополье представляет собой высокое плато, расположенное на водоразделе рек Нерли и Клязьмы с преобладающими высотами от 200 до 230 м над уровнем моря. Своеобразие ландшафтов, плодородные почвы и полное безлесье, связанное с тысячелетней историей земледельческого освоения, резко отличают Владимирское ополье от окружающих его болотно-лесных ландшафтов. Серые лесные почвы ополий выделяются по потенциальному плодородию среди почв Нечерноземья. Обилие в почвах реликтовых признаков позволяет рассматривать вопросы их генезиса как ключевые для понимания эволюции почв Русской равнины.
Рельеф Владимирского ополья представлен обширными водораздельными холмами с выположенными вершинами и пологими протяженными склонами, создающими впечатление слаборасчлененной поверхности. В то же время водоразделы сильно расчленены унаследованной эрозионной сетью. Сложные системы балок с пологими задернованными склонами и плоским дном придают вид холмистой поверхности. Индекс расчлененности составляет 0,9-2 км/км2, поэтому, на почвенных картах Ополье выделяется как балочно-овражный регион с широким распространением мелко-контурных комбинаций смытых и намытых почв.
В главе подробно рассмотрены также особенности сложного генезиса почв Владимирского ополья в широкой ретроспективе (Дубенский, 1851,1855,1871; Докучаев, 1884,1885; Танфильев, 1886; Иванов, 1897, 1899; Красюк, 1929; Сибирцев, 1951; Тюрюканов, Быстрицкая, 1971; Рубцова, 1974; Зайдельман, Рыдкин, 1985; Макеев, Дубровина, 1990; Шеин и др., 2002; Архангельская, 2008 и др.).
Глава 3. Объекты и методы исследований. На территории землепользования Владимирского НИИСХ и Юрьев-Польского Госсортоучастка, ОАО Небылое была заложена серия разрезов.
Объектами исследований являются светло-, собственно серые и темно-серые лесные почвы, находящиеся под воздействием различных антропогенных нагрузок - и в естественных условиях. Разрезы заложены на различных элементах микрорельефа. Пахотные почвы - (разрезы 1, 15, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 34, 35), почвы естественных пастбищ и залежей - (условная целина - 2, 11, 13, 17, 22, 31, 36); почвы элементов микрорельефа: микропонижений со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ), остаточно-карбонатные микроповышений, почвы глубоких западин поверхностного оглеения - (16,21,33, разрезы, соответственно).
Помимо реперных разрезов проводились исследования почв траншей, подготовленных к III съезду Докучаевского общества почвоведов (г. Суздаль, 11-18 июля 2000г.) с наиболее распространенными комбинациями почв Ополья. Первая - (Т1) располагается в плакорных, хорошо дренируемых условиях (недалеко от оврага реки Мжара), длиной 40 м и глубиной более 2 м, расположена с юга на север в южной наиболее высокой части территории. Вторая - (Т2) находится на краю западины, недалеко от временного водосбора прудового типа, заполняемого весенними осадками и водами поверхностного стока, сохраняющего открытую водную поверхность во влажные и средние по осадкам годы, но пересыхающую в засушливые, направлена с запада на восток, длина 21м, причем ее западная часть проходит по крупной западине.
В траншеях с шагом 1м отбирались почвенные образцы по генетическим горизонтам (см. Путеводитель научных полевых экскурсий III съезда Докучаевского общества почвоведов М., 2000).
В работе использованы аналитические определения: рH солевой, обменная и гидролитическая кислотности, обменные Са++ и Мg++, гумус, сумма поглощенных оснований, валовый азот, подвижные формы Р2О5 и К2О (по методикам ЦИНАО), гумус методом Тюрина в модификации Никитина с использованием спектрофотометра SPECOL, фракционный и групповой состав гумуса по Кононовой-Бельчиковой, лабильный - Дьяконовой-Булеевой с экстракцией более закрепленной части лабильного гумуса, при рН 9.
Гранулометрический состав и анализ подфракций дробной пептизации проводили по Горбунову (1971,1978), выделяли фракции ила (<1 мкм), тонкой (1-5 мкм), средней пыли (5-10 мкм). Ориентированные препараты фракций ила, тонкой и средней пыли исследованы рентгендифрактометрическим методом на аппаратуре фирмы Карл-Цейс-Иенна (Германия). Рентгендифрактограммы получены для воздушно-сухих образцов, насыщенных этиленгликолем и прокаленных при температуре 550 о в течение 2 часов. Полуколичественное содержание основных минеральных фаз во фракции менее 1 мкм определено по методике Вiskaye (1965). Полуколичественное содержание основных минеральных фаз во фракции - 1-5 мкм и 5-10 мкм - по методике Cook et al. (1971). Шлифы были приготовлены в Почвенном институте им. В.В. Докучаева, исследовались при помощи поляризационного микроскопа по методике Парфеновой-Яриловой (1977). Определение валового химического состава оксидов элементов в почвах и выделенных фракциях (размерность менее 1,1-5,5-10 и более 10 мкм) проведено на рентгенфлюоресцентном анализаторе VRA-30. В выделенных фракциях установлено содержание гумуса методом Тюрина вышеупомянутой модификации и тяжелые металлы рентген-флюоресцентным методом при помощи спектрального анализатора Spectroscan.
На серой лесной среднесуглинистой почве в длительном (с 1988г.) стационарном опыте 1992-2002 гг. изучали закономерности формирования и трансформации органического вещества почвы от доз, видов органических удобрений и влияние различных систем удобрений на почвенное плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур. Схема опыта: 1. Чёрный пар, 2. Чёрный пар + 40 т/га навоза, 3. Чёрный пар + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота, 4. Сидеральный пар, 5. Сидеральный пар + 40 т/га навоза, 6. Сидеральный пар + солома озимой ржи в 1-ом звене севооборота, 7. Сидеральный пар + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота, 8. Занятый пар + 40 т/га навоза, 9. Занятый пар + 40 т/га навоза + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота, 10. Занятый пар + 40 т/га навоза + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота + пожнивная сидерация на 6-ой год.
Фон - рекомендуемые для зоны нормы минеральных удобрений: N90P90K90 под ячмень и овес, N60P90K90 под озимую рожь, P60K60 в подкормку многолетних трав 1 г. пользования. Подстилочный полуперепревший навоз (N - 0,47%; Р2О5 - 0,29%; К2О - 0,60%) вносили в первом поле севооборота. С запашкой соломы вносили минеральные удобрения в дозе N12 на 1 т соломы. В первом поле
севооборота проводили известкование по 1,0 гк. в дозе 5 т извести на 1 га. В качестве парозанимающей культуры в занятом пару применялась вико-овсяная смесь сидератов; - редька масличная.
Глава 4. Органическое вещество и его специфика в серых лесных почвах Владимирского ополья.
Содержание гумуса в серых лесных почвах Владимирского ополья колеблется в пределах 3-6 %. Установлено, что при вовлечении их в пашню происходит потеря гумуса на 0,5-0,6 % и более.
Гумусовое состояние серых лесных почв Владимирского ополья по системе показателей (Гришина, Орлов, 1978) относится к фульватно-гуматному типу, профильное распределение гумуса характеризуется постепенным уменьшением с глубиной, степень гумификации органического вещества средняя, содержание "свободных" гуминовых кислот очень низкое, а гуминовых кислот, связанных с Са++ - высокое.
Пространственное распределение гумуса изучено в траншейных тестах (рис.1,2). Наибольшее количество гумуса приурочено к пахотному и подпахотному горизонтам и довольно плавно уменьшается с глубиной.
Рис. 1. Пространственное распределение гумуса (траншея 1).
Условные обозначения: Л2карб - серая лесная остаточно-карбонатная, Л2 - серая лесная, Л2 (вгг) Ч серая лесная со ВГГ.
Рис. 2. Пространственное распределение гумуса (траншея 2).
Условные обозначения: Дг - дерново-глееватая; Л2карб - серая лесная остаточно-карбонатная, Л2(вгг) Ч серая лесная со ВГГ, Л2 - серая лесная.
В гидроморфной траншее колебания в содержании гумуса более существенны: гумус в пахотном горизонте траншеи достигает 6 %, в подпахотном - около 2% (рис.2).
Для типичных серых лесных пахотных почв Владимирского ополья характерно высокое содержание прочносвязанного углерода, низкое содержание I фракции гумусовых веществ и высокое содержание второй фракции как гуминовых, так и фульвокислот. Исключение составляет пахотный горизонт, в котором содержание подвижных фракций гумусовых кислот, как правило, несколько выше, чем в других горизонтах, а доля прочносвязанных гумусовых веществ, наоборот - ниже. Во втором гумусовом горизонте отмечается увеличение фракции гумусовых кислот, связанных с кальцием (75 % общего углерода) (табл. 1).
Установлено более высокое содержание агрегированного ила по сравнению с водно-пептизируемым, как следствие хорошей агрегации тонкодисперсной части почвы (рис 3).
Таблица 1
Групповой и фракционный состав гумуса серых лесных почв различных элементов рельефа
№ разреза | Глубина горизонта., см | Собщ., % | Гунмус, % | Непосред. 0,1 н вытяжка | Пирофосфатная вытяжка | Сгк : Сфк | Прочн связ. с мин част. | ||||
фракция 1 | фракция 2 | ||||||||||
Собщ. | Сгк | Сфк | Собщ. | Сгк | Сфк | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
Разрез 7 | 0-27 | 1,83 | 3,15 | 0,42 22,90 | 0,13 7,27 | 0,29 15,76 | 0,99 54,19 | 0,48 26,27 | 0,51 27,92 | 0,77 | 0,42 22,82 |
27-34 | 1,13 | 1,94 | 0,14 12,41 | 0,07 5,85 | 0,07 6,56 | 0,53 46,99 | 0,21 18,62 | 0,32 28,37 | 0,70 | 0,46 | |
34-61 | 1,71 | 2,94 | 0,14 8,20 | 0,04 2,40 | 0,09 5,79 | 1,27 74,36 | 0,67 39,23 | 0,60 35,13 | 1,02 | 0,29 17,45 | |
61-73 | 1,16 | 2,00 | 0,08 6,90 | 0,03 2,85 | 0,05 4,05 | 0,76 65,69 | 0,30 25,86 | 0,46 39,66 | 0,66 | 0,32 27,41 | |
Разрез 8 | 0-28 | 1,57 | 2,71 | 0,42 26,75 | 0,12 7,89 | 0,29 18,85 | 0,86 55,03 | 0,31 19,75 | 0,55 35,29 | 0,52 | 0,29 18,22 |
28-35 | 0,73 | 1,26 | 0,12 16,39 | 0,04 5,60 | 0,08 10,79 | 0,28 38,11 | 0,10 13,66 | 0,18 24,45 | 0,55 | 0,33 45,49 | |
35-45 | 0,56 | 0,97 | 0,08 14,18 | 0,03 4,43 | 0,06 9,75 | 0,27 29,61 | 0,03 5,32 | 0,14 24,29 | 0,29 | 0,32 56,21 | |
45-61 | 0,34 | 0,59 | 0,06 17,44 | 0,05 14,54 | 0,01 2,91 | 0,13 37,79 | 0,02 5,81 | 0,11 31,98 | 0,58 | 0,15 44,77 | |
61-74 | 0,24 | 0,42 | 0,05 20,66 | 0,03 13,64 | 0,02 7,03 | 0,11 45,87 | - | 0,11 45,87 | 0,26 | 0,08 33,47 | |
Продолжение таблицы 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
Разрез 9 | 0-20 | 2,28 | 3,93 | 0,62 27,19 | 0,27 11,97 | 0,35 15,22 | 0,92 40,18 | 0,45 19,82 | 0,46 20,35 | 0,89 | 0,74 32,63 |
20-30 | 1,82 | 3,14 | 0,64 35,16 | 0,23 12,75 | 0,41 22,42 | 1,12 61,26 | 0,51 28,02 | 0,60 33,13 | 0,73 | 0,07 3,57 | |
30-40 | 2,50 | 4,31 | 0,45 18,00 | 0,19 7,96 | 0,25 10,04 | 1,15 46,16 | 0,66 26,20 | 0,50 19,96 | 1,14 | 0,90 35,84 | |
40-50 | 1,01 | 1,74 | 0,16 15,84 | 0,06 5,74 | 0,10 10,10 | 0,46 45,84 | 0,14 13,75 | 0,32 32,08 | 0,46 | 0,39 38,22 | |
50-60 | 0,74 | 1,28 | 0,13 17,57 | 0,06 7,84 | 0,07 9,73 0,07 13,46 | 0,28 37,16 | 0,09 12,43 | 0,18 24,73 | 0,59 | 0,34 45,27 | |
60-70 | 0,52 | 0,90 | 0,12 23,08 | 0,05 9,62 | 0,07 13,46 | 0,17 32,12 | 0,05 8,85 | 0,12 23,27 | 0,50 | 0,23 44,81 | |
Разрез 10 | 0-20 | 1,84 | 3,17 | 0,44 23,91 | 0,14 7,66 | 0,29 16,25 | 1,24 67,39 | 0,57 30,98 | 0,67 36,41 | 0,73 | 0,16 8,70 |
20-30 | 1,05 | 1,81 | 0,22 20,95 | 0,08 7,91 | 0,14 13,05 | 0,56 53,05 | 0,29 27,62 | 0,27 25,43 | 0,92 | 0,27 26,00 | |
30-40 | 0,56 | 0,97 | 0,13 23,21 | 0,05 8,93 | 0,08 14,29 | 0,31 5,82 | 0,05 8,93 | 0,26 45,89 | 0,30 | 0,12 21,96 | |
40-50 | 0,41 | 0,71 | 0,11 26,83 | 0,05 12,20 | 0,06 14,63 | 0,24 59,02 | 0,05 12,20 | 0,19 46,83 | 0,40 | 0,06 14,15 | |
50-60 | 0,36 | 0,62 | 0,08 22,22 | 0,07 18,33 | 0,01 3,89 | 0,19 51,67 | - | 0,19 51,67 | 0,83 | 0,09 26,11 |
Примечание - разрезы 7, 10 - микропонижение; разрезы 8, 9 - микроповышение);
Числитель - % к почве, знаменатель - % к орг. углероду.
Было проведено разделение образцов почв на гранулометрические фракции и подфракции дробной пептизации, в которых определено содержание гумуса.
а б
в г
Рис. 3. Содержание гранулометрических фракций и подфракций дробной пептизации, % (а-серая лесная, целина, разрез 17; б - серая лесная пахотная с ВГГ, разрез 23; в - серая лесная остаточно-карбонатная, разрез 24, г - серая лесная остаточно-карбонатная, разрез 27; разрезы 17,23,24 - на территории ВНИИСХ; разрез 27 - на территории Госсортоучастока Юрьев-Польского района).
В иле содержание органического углерода выше, чем в мелкой пыли. Связано это со спецификой гумусообразования в серых лесных почвах, обусловленной формированием менее конденсированных молекул ГК, а значит и более мелких, в основном сосредотачивающихся в илистой фракции, нежели в мелкой пыли. Это значительно разнит серые лесные почвы с черноземами, в которых характерна максимальная концентрация гумуса во фракции мелкой пыли (рис.4).
Органический углерод в составе подфракций дробной пептизации целинной и пахотной почвы распределен неравномерно: максимум его содержится в агрегированном иле.
а б
в г
Рис. 4. Содержание гумуса в гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации (а-серая лесная, целина, разрез 17; б - серая лесная пахотная со ВГГ, разрез 23; в - серая лесная остаточно-карбонатная, разрез 24, г - серая лесная остаточно-карбонатная, разрез 27. разрезы.
В полевом опыте формы органических удобрений в севообороте неодинаково влияли на содержание групп и фракций гумусовых кислот (табл. 2).
Внесение навоза в черный пар оказало влияние на увеличение суммы фракций гуминовых кислот за счет прироста фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием, на фоне снижения содержания фульвокислот, что привело к расширению соотношения СГК:СФК с 1,2 на контроле, до 1,6 в пахотном горизонте.
Таблица 2
Групповой и фракционный состав гумуса серых лесных почв различных вариантов опыта
| Глубина горизонта., см | Собщ., % | Гунмус, % | Непосред. 0,1 н вытяжка | Пирофосфатная вытяжка | Сумма Сгк | Сумма Сфк | Сгк Сфк | Прочносвязан. мин. части-цами | ||||
фракция 1 | фракция 2 | |||||||||||
Собщ. | Сгк | Сфк | Собщ. | Сгк | Сфк | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
1. Чёрный пар | ||||||||||||
0-20 | 2,193 | 3,78 | 0,32 14,61 | 0,13 5,89 | 0,19 8,68 | 0,54 24,66 | 0,37 16,99 | 0,17 7,76 | 0,50 | 0,36 | 1,3 | 1,33 60,73 |
20-30 | 2,036 | 3,51 | 0,33 16,26 | 0,10 4,78 | 0,23 11,33 | 0,52 25,62 | 0,36 17,73 | 0,16 7,88 | 0,45 | 0,37 | 1,2 | 1,18 58,13 |
2. Чёрный пар + 40 т/га навоза | ||||||||||||
0-20 | 2,372 | 4,09 | 0,34 14,35 | 0,09 3,63 | 0,25 10,55 | 0,59 24,89 | 0,49 20,68 | 0,10 4,22 | 0,57 | 0,35 | 1,7 | 1,44 60,76 |
20-30 | 2,326 | 4,01 | 0,32 13,79 | 0,11 4,66 | 0,21 9,05 | 0,69 29,74 | 0,49 21,12 | 0,20 8,62 | 0,60 | 0,41 | 1,4 | 1,31 56,47 |
3. Чёрный пар + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота | ||||||||||||
0-20 | 2,326 | 4,01 | 0,371 15,95 | 0,10 4,31 | 0,27 11,64 | 0,615 26,72 | 0,27 11,64 | 0,35 15,09 | 0,368 | 0,618 | 0,6 | 1,34 57,33 |
20-30 | 2,506 | 4,32 | 0,37 14,8 | 0,14 5,6 | 0,23 9,2 | 0,79 31,6 | 0,53 21,2 | 0,26 10,4 | 0,67 | 0,46 | 1,4 | 1,34 53,6 |
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
4. Сидеральный пар | ||||||||||||
0-20 | 1,618 | 2,79 | 0,24 14,82 | 0,07 4,01 | 0,18 11,11 | 0,46 28,40 | 0,22 13,58 | 0,24 14,81 | 0,33 | 0,42 | 0,8 | 0,92 56,59 |
20-30 | 1,699 | 2,93 | 0,35 20,71 | 0,04 2,54 | 0,31 18,34 | 0,39 23,08 | 0,30 17,75 | 0,09 5,33 | 0,34 | 0,40 | 0,9 | 0,96 56,80 |
5. Сидеральный пар + 40 т/га навоза | ||||||||||||
0-20 | 1,734 | 2,99 | 0,28 16,8 | 0,11 6,24 | 0,17 9,83 | 0,36 20,81 | 0,27 15,61 | 0,09 5,20 | 0,38 | 0,26 | 1,4 | 1,09 60,10 |
20-30 | 1,479 | 2,55 | 0,24 16,22 | 0,05 3,65 | 0,19 12,84 | 0,38 25,68 | 0,19 12,84 | 0,19 12,84 | 0,24 | 0,38 | 0,6 | 0,86 58,11 |
6. Сидеральный пар + солома озимой ржи в 1-ом звене севооборота | ||||||||||||
0-20 | 2,013 | 3,47 | 0,27 13,43 | 0,08 3,78 | 0,19 9,45 | 0,52 25,87 | 0,33 16,42 | 0,19 9,45 | 0,41 | 0,38 | 1,1 | 1,22 60,70 |
20-30 | 1,636 | 2,82 | 0,24 14,72 | 0,04 2,64 | 0,20 12,27 | 0,44 26,99 | 0,30 18,40 | 0,14 8,59 | 0,34 | 0,34 | 1,0 | 0,95 58,28 |
7. Сидеральный пар + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота | ||||||||||||
0-20 | 2,169 | 3,74 | 0,28 12,90 | 0,10 4,47 | 0,18 8,29 | 0,62 28,57 | 0,47 21,66 | 0,15 6,91 | 0,57 | 0,34 | 1,6 | 1,27 58,53 |
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
20-30 | 1,845 | 3,18 | 0,29 15,76 | 0,08 4,13 | 0,24 11,41 | 0,49 26,63 | 0,30 16,30 | 0,19 10,33 | 0,37 | 0,49 | 0,8 | 1,06 57,61 |
8. Занятый пар + 40 т/га навоза | ||||||||||||
0-20 | 2,349 | 4,05 | 0,29 12,34 | 0,10 4,13 | 0,19 8,09 | 0,57 24,26 | 0,43 18,30 | 0,14 5,96 | 0,53 | 0,33 | 1,6 | 1,49 63,40 |
20-30 | 2,169 | 3,74 | 0,33 15,28 | 0,09 3,98 | 0,24 11,11 | 0,79 36,57 | 0,41 18,98 | 0,38 17,59 | 0,49 | 0,62 | 0,8 | 1,04 48,15 |
9. Занятый пар + 40 т/га навоза + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота | ||||||||||||
0-20 | 2,720 | 4,69 | 0,37 13,60 | 0,14 5,15 | 0,23 8,46 | 0,80 29,41 | 0,54 19,85 | 0,26 9,56 | 0,68 | 0,49 | 1,4 | 1,55 56,99 |
20-30 | 2,686 | 4,63 | 0,42 15,67 | 0,19 7,24 | 0,23 8,58 | 0,68 32,09 | 0,48 17,91 | 0,38 14,18 | 0,67 | 0,61 | 1,1 | 1,4 52,24 |
10. Занятый пар + 40 т/га навоза + солома озимой ржи в 2-х звеньях севооборота + пожнивная сидерация на 6-ой год | ||||||||||||
0-20 | 2,268 | 3,91 | 0,34 14,98 | 0,14 6,17 | 0,20 8,81 | 0,55 24,23 | 0,38 16,74 | 0,17 7,49 | 0,52 | 0,37 | 1,4 | 1,38 60,79 |
20-30 | 2,013 | 3,47 | 0,39 19,40 | 0,11 5,37 | 0,28 13,93 | 0,43 21,39 | 0,35 17,41 | 0,08 3,98 | 0,46 | 0,36 | 1,27 | 1,19 59,20 |
Примечание: числитель - % к почве, знаменатель - % к орг. углероду
Запашка соломы в севообороте привела к снижению содержания второй фракции гуминовых и росту суммы содержания фульвокислот, при соотношении СГК:СФК в верхнем слое почвы до 0,9.
Внесение навоза в занятый пар, особенно с последующей запашкой соломы увеличивало содержание обеих фракций гуминовых кислот и по своему влиянию на состав гумуса приблизилось к аналогичному приему в черном пару. Пожнивная сидерация не оказала положительного влияния на улучшение гумусового состояния почвы, в отличие от сочетания с навозом.
Установлено, что внесение навоза и соломы оказало влияние на увеличение содержания в почве водорастворимых гумусовых веществ. Внесение навоза в черный и занятый пар привело к увеличению содержания водорастворимых гумусовых веществ в пахотном слое почвы к концу ротации на 20-25 %, по сравнению с контролем (80 мг/кг почвы). Запашка соломы в черном пару существенно увеличила содержание водорастворимых гумусовых веществ: в пахотном слое - до 110 мг, в подпахотном - до 100 мг на 1 кг почвы.
Наиболее высокие показатели содержания водорастворимых гумусовых веществ к концу ротации севооборота наблюдались при сочетании запашки навоза и соломы: в 0-20 см слое почвы - 114 мг; в слое 20-30 см - 138 мг на 1 кг почвы.
Сидерация не повлияла на изменение содержания водорастворимых гумусовых веществ, а сочетание этого приема с навозом либо соломой, в некоторой степени даже негативно сказывалось на их содержании в почве.
На величину подвижных форм органического вещества оказало решающее влияние внесение навоза и соломы за ротацию севооборота.
Внесение навоза в черный и занятый пар позволило значительно увеличить содержание лабильного гумуса в почве (рис. 5,6).
Рис. 5. Изменение содержания подвижных форм гумуса в вариантах
опыта.
Рис.6. Влияние содержания лабильного гумуса на уровень
продуктивности севооборота.
рН 7 - извлечение гумусовых веществ по методу Дьяконовой ЦБулеевой при рН 7; рН 9 - извлечение гумусовых веществ при рН 9
(модификация метода ДьяконовойЦБулеевой).
Глава 5. Влияние природных и агротехногенных факторов на агрохимические и физические свойства почв Владимирского Ополья. В главе представлены материалы по изменению агрохимических параметров и других агроэкологических свойств почв на примере реперных разрезов, а также влияние систем удобрений на продуктивность севооборотов.
Отмечено, что продуктивность культур севооборота наилучшим образом коррелирует с запасами лабильных соединений гумуса.
Таблица 3
Влияние систем удобрения на урожайность и продуктивность севооборота, т/га (среднее за годы исследований)
Система удобрения* | |||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||||||
Озимая рожь, 1989-1991 гг (НСР 0,95, ц/га 0,9-1,5) | |||||||||||||||
4,0 | 4,1 | 3,9 | 4,2 | 4,6 | 4,3 | 4,3 | 4,3 | 4,4 | 4,3 | ||||||
Овес, 1990-1992 гг. (НСР 0,95, ц/га 0,7-2,4) | |||||||||||||||
3,8 | 4,1 | 3,8 | 4,0 | 4,1 | 3,7 | 3,7 | 4,0 | 4,0 | 4,1 | ||||||
Многолетние травы 1 г.п. (сено), 1991-1993 гг. (НСР 0,954,9-11) | |||||||||||||||
7,5 | 6,8 | 6,5 | 7,1 | 4,3 | 6,9 | 6,3 | 7,2 | 6,9 | 7,5 | ||||||
Многолетние травы 2 г.п. (сено), 1992-1994 гг. (НСР 0,954,5-29,8) | |||||||||||||||
7,8 | 8,0 | 7,3 | 7,3 | 7,2 | 6,7 | 6,9 | 7,5 | 7,1 | 6,9 | ||||||
Озимая рожь, 1993-1995 гг. (НСР0,951,6-2,2) | |||||||||||||||
4,0 | 4,0 | 3,9 | 4,0 | 4,2 | 4,3 | 4,1 | 4,3 | 4,1 | 4,2 | ||||||
Яровая пшеница (пересев озимой ржи), 1994 г. (НСР 0,955,0) | |||||||||||||||
4,7 | 4,7 | 4,3 | 4,6 | 4,6 | 4,7 | 4,9 | 4,6 | 4,6 | 4,7 | ||||||
Ячмень, 1994-1996 гг. (НСР 0,953,2-4,2) | |||||||||||||||
5,2 | 5,3 | 5,2 | 5,6 | 5,8 | 5,8 | 5,8 | 6,1 | 5,9 | 6,0 | ||||||
Зерновых единиц с 1 га севооборотной площади | |||||||||||||||
3,4 | 3,5 | 3,3 | 3,5 | 3,6 | 3,5 | 3,4 | 3,9 | 3,8 | 3,9 | ||||||
*Примечание: система удобрений представлена в табл.2
Содержание лабильного гумуса в верхних слоях почвы, равное 2500Ц3500 мг/кг является определяющим для уровня продуктивности порядка 3Ц3,5 т зерновых единиц с 1 га севооборотной площади, а уровень до 4000Ц4500 мг / кг позволяет поддерживать продуктивность 1 га севооборотной площади порядка 4т зерновых единиц с 1 га севооборотной площади (рис.7, табл.3).
Таким образом, режим органических соединений почвы, будучи относительно консервативным по запасам общего гумуса и углерода, проявляет значительную вариабельность и отзывчивость к естественным факторам и антропогенным воздействиям, в части фракционного состава гумуса, содержания лабильных и водорастворимых соединений в серых лесных почвах. Именно эти группы органических и органоминеральных соединений наиболее изменчивы в процессе длительного почвообразования, от проявления гидроморфизма почв, интенсивности их окультуривания, что позволяет рассматривать их как обязательную компоненту оценки агроэкологического состояния плодородия почв и важнейшего фактора, определяющего потенциальную продуктивность севооборотов ополья при освоении адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Глава 6. Функциональная роль тонкодисперсной части и оценка резервов элементов питания растений в серых лесных почвах. Минералогический состав илистой фракции представлен ассоциацией минералов, характерных для покровных лессовидных суглинков и развитых на них почв (Горбунов Н.И., 1963; Градусов Б.П., 1976; Градусов Б.П., Урусевская И.С.,1964; Чижикова Н.П., 2002; Соколова и др., 2005 и др.).
В выделенных илистых фракциях основными компонентами являются сложные неупорядоченные смешанослойные образования, среди которых доминирует слюда - смектиты с высоким содержанием смектитовых пакетов. В подчиненном количестве присутствуют слюда-смектиты с низким содержанием смектитовых пакетов (в дальнейшем изложении объединены в одно название - смектитовая или набухающая фаза). Количество ее колеблется от 43 до 72 % . Следующим важным компонентом являются гидрослюды, представляющие смесь диоктаэдрических и триоктаэдрических фаз, соотношение которых меняется в процессе формирования почвенных профилей. Смектитовая фаза и гидрослюды составляют в сумме 85-90% от суммы представленных компонент. Количество каолинита и хлорита колеблется в пределах 10-15 %. Эти минералы являются источниками калия, магния, определяют поведение анионов в почве. Каолинит несовершенный, хлорит магнезиально-железистый. Отмечается также наличие тонкодисперсного кварца, полевых шпатов в пахотном горизонте
При формировании профиля серой типичной почвы происходит дифференциация указанных выше минералов по профилю, адекватно распределению илистой фракции, в частности, смектитовой фазы, количество которой в нижней части профиля на 10-20 % выше, чем в элювиальной ее части (табл. 4).
Таблица 4
Соотношение основных минеральных фаз илистой фракции (< 1 мкм),
выделенной из агросерой тяжелосуглинистой почвы, (%)
Глубина, см | Содер-жание ила, фр. < 1мкм | В илистой фракции | В почве в целом | ||||
каолинит +хлорит | гидро-слюда | смеша носл. об-я | каолинит + хлорит | гидро-слюда | смеша- носл. об-я | ||
0-10 | 16,5 | 8,9 | 36,1 | 54,8 | 1,5 | 5,9 | 9,0 |
10-20 | 15,5 | 11,8 | 44,2 | 44,0 | 1,8 | 6,9 | 6,8 |
30-40 | 10,0 | 12,8 | 44,0 | 43,2 | 1,2 | 4,4 | 4,3 |
40-50 | 31,0 | 7,2 | 38,2 | 54,6 | 2,4 | 11,8 | 16,9 |
50-60 | 31,5 | 8,0 | 43,8 | 48,3 | 2,5 | 13,8 | 15,2 |
80-90 | 18,9 | 7,3 | 26,6 | 66,0 | 1,4 | 5,0 | 12,5 |
100-110 | 27,8 | 8,8 | 33,9 | 57,2 | 2,4 | 9.1 | 16,1 |
200-210 | 23,1 | 8,1 | 19,8 | 72,1 | 1,8 | 3,0 | 16,7 |
Во фракции тонкой пыли состав минералов существенно отличен от такового в илистой. Значительно меньше (до 2,2 %) количество ёсмешанослойных образований, выше содержание кварца (25,6 %), полевых шпатов (до 21,8%), плагиоклазов (до 15,4 %). Из слоистых силикатов помимо смектитов диагностирована слюда, (до 29,7 %), каолинит (4-10 %), хлорит 3-6 % (табл.5).
Таблица 5
Состав минералов фракции тонкой пыли (1-5 мкм), выделенной из пахотной
серой лесной тяжелосуглинистой почвы
Гори-зонт | Глубина | Содержание, % | |||||||
Фракция 1-5 мкм | Смек-тит | Слю- да | Као-линит | Хло-рит | Полев. шпаты | Плагио-клазы | Кварц | ||
Апах | 0-20 | 7,7 | 2,2 | 27,9 | 4,1 | 2,9 | 21,8 | 15,4 | 25,6 |
Апах | 10-20 | 10,0 | 2,5 | 25 | 6,9 | 5,1 | 21,5 | 44,3 | 24,6 |
ELB | 30-40 | 8,8 | 4,9 | 28,4 | 8,6 | 4,5 | 18,7 | 9,9 | 21,8 |
B1 | 40-50 | 9,5 | 5,2 | 28,8 | 8,2 | 4,2 | 18,8 | 14,2 | 20,7 |
B1 | 50-60 | 9,5 | 5,7 | 28,7 | 10,1 | 4,7 | 19,3 | 11,5 | 19,8 |
Bca | 80-90 | 12,9 | 14,4 | 29,7 | 11,4 | 3,5 | 11,9 | 9,2 | 19,6 |
Bca | 100-110 | 11,2 | 14,4 | 26,9 | 10,1 | 5,1 | 11,7 | 10,8 | 20,9 |
Cca | 200-210 | 16,0 | 18 | 25 | 10,8 | 6,2 | 11,9 | 9,6 | 18,5 |
Фракция средней пыли составляет всего 5-10 % от суммы гранулометрических фракций. Характер ее распределения равномерный. Основными компонентами фракции являются кварц, К-полевые шпаты, плагиоклазы, слюды. В пределах профиля они четко подразделяются на две части - верхнюю с наибольшим содержанием К-полевых шпатов, плагиоклазов и нижнюю, где доминирует кварц (30-40-%) (табл.6).
Подобное перераспределение минералов фракции 5-10 мкм может быть связано с литогенной неоднородностью лессовидных суглинков, дифференциацией отложений в процессе семиментогенеза, либо активными процессами палео- и современного почвообразования. Доказательством последнего, служит наибольшее количество пылеватой фракции в поверхностном горизонте и более высокое количество К-полевых шпатов и плагиоклазов в нем, как минералов более активно способных к дроблению, чем кварц.
Второй гумусовый горизонт характеризуется максимальным обеднением смешанослойными образованиями. Во фракции тонкой пыли этого гумусового горизонта также отмечается резкое увеличение количества кварца и полевых шпатов. Аналогичная картина наблюдается и во фракции средней пыли (табл. 6).
Таблица 6
Минералогический состав фракции средней пыли (5-10 мкм) агросерой
тяжелосуглинистой почвы, (%)
Горизонт | Глубина | Содержание фракции 5-10 мкм | Кварц, % | Полев. шпаты, % | Плаги- оклазы, % | Слюды, % |
Апах | 0-20 | 13,1 | 25 | 26 | 19 | 21 |
Апах | 10-20 | 7,7 | 22 | 31 | 25 | 17 |
ELB | 30-40 | 6,1 | 22 | 29 | 22 | 19 |
B1 | 40-50 | 7,1 | 21 | 27 | 18 | 25 |
B1 | 50-60 | 7,1 | 25 | 25 | 20 | 19 |
Bca | 80-90 | 6,0 | 36 | 17 | 18 | 19 |
Bca | 100-110 | 6,8 | 40 | 15 | 18 | 19 |
Cca | 200-210 | 6,4 | 30 | 23 | 21 | 18 |
В минералогическом составе подфракций дробной пептизации серых лесных почв водно-пептизированный ил представлен в основном обломочными формами кварца микронной размерности, слоистыми силикатами с сильно деградированной структурой и рентгеноаморфными компонентами, включая органическое вещество. Агрегированная категория илов микронной размерности составляет 6Ц23% от суммы подфракций и фракций более крупных размерностей. Наименьшее количество этой категории илов отмечается в верхних горизонтах. Распашка почв привела к усреднению содержания этой категории илов (13Ц16%) и, вследствие этого, меньшей дифференциации ила в пределах пахотного и подпахотного горизонтов.
Минералогический состав профиля агросерой почвы существенным образом трансформируется под влиянием почвообразования. Происходит активный вынос слоистых силикатов в основном набухающей фазы, несколько слабее - гидрослюд. Основным процессом передвижения материала и дифференциации профиля является лессиваж, менее активно протекает процесс оподзоливания. Количество фракции менее 1 мкм в пахотном горизонте остаточно-карбонатной агросерой тяжелосуглинистой почвы намного выше, чем в аналогах со вторым гумусовым горизонтом (рис.8).
Рис. 8. Схема пространственного распределения илистой фракции (менее 1 мкм) в Траншее 1. Условные обозначения: Ар - пахотный, Ah - гумусовый, АЕ - гумусово-элювиальный, Ah+AE - втонрой гумусовый, ЕВ - переходный, В1 - иллювиальный, Вк - карбонатный; Н вск. - глубина вскипания; почвы: Л2карб - серая лесная остаточно-карбонатная, Лз(вгг) Ч темно-серая лесная со ВГГ, Л2(вгг) Ч серая лесная со ВГГ, Л2 - серая лесная.
1 - -10-15 %; 2 Ц -15-20 %; 3 - -20-30 %; 4 -30 и более %.
На рис. 8,9 представлена схема распределения илистой фракции и смектитового компонента в ней по генетическим горизонтам агросерых почв, составляющих сочетание агросерых типичных, агросерых с ВГГ, агросерых остаточно-карбонатных почв траншеи. Площадное распределение илистой фракции, смектитовых и гидрослюдистых минералов этой фракции обеспечивают разнообразие свойств серых лесных почв (емкость катионного обмена, физических, физико-химических свойств, резервов элементов питания растений, водоудерживающей способности и т.д.). Отмечено, что колебания величины смектита илистой фракции в пространстве существенно меняются от 40 до 70 % (рис.8, 9).
Рис. 9. Схема пространственного распределения смектитовой фазы илистой фракции (менее 1 мкм), выделенной из почв комплекса
1 - -40-50 %; 2 - -50-60 %; 3 - -60-70 %.
Характерной особенностью валового химического состава изучаемых пахотных серых лесных тяжелосуглинистых почв является отчетливо выраженная дифференциация профиля по содержанию оксидов кремния и железа с алюминием как результат почвообразования. В пахотном горизонте отмечается наибольшее количество оксида кремния, а также минимальное содержание алюминия и железа как результат вовлечения элювиальной части естественных почв, (табл.7).
Таблица 7
Валовой химический состав агросерых почв и выделенных из них фракций
Глубина, см | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | TiO2 | P2O5 | MnO | Cr2O3 | SO3 | Cl | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
Почва в целом | |||||||||||||
0-10 | 73,94 | 11,18 | 3,90 | 1,44 | 0,76 | 2,57 | 0,90 | 0,18 | 0,13 | 0,02 | 0,13 | 0,01 | |
40-50 | 66,98 | 13,88 | 5,57 | 1,19 | 0,98 | 2,66 | 0,92 | 0,05 | 0,10 | 0,02 | 0,04 | 0,02 | |
80-90 | 66,52 | 13,67 | 5,37 | 1,26 | 1,14 | 2,57 | 0,91 | 0,04 | 0,09 | 0,02 | 0,06 | 0,02 | |
200-210 | 66,04 | 14,57 | 5,54 | 1,07 | 1,37 | 2,53 | 0,91 | 0,06 | 0,09 | 0,02 | 0,07 | 0,01 | |
Фракция менее 1 мкм | |||||||||||||
0-10 | 49,51 | 18,65 | 10,10 | 0,33 | 2,14 | 2,75 | 1,02 | 0,26 | 0,18 | 0,03 | 0,12 | 0,14 | |
40-50 | 50,62 | 19,05 | 11,10 | 0,22 | 2,12 | 2,75 | 1,00 | 0,09 | 0,11 | 0,03 | 0,05 | 0,04 | |
200-210 | 51,20 | 18,20 | 10,38 | 0,45 | 11,98 | 2,64 | 0,95 | 0,01 | 0,12 | 0,04 | 0,06 | 0,04 | |
Продолжение таблицы 7
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | ||
Фракция 1-5 мкм | ||||||||||||||
0-10 | 67,54 | 13,16 | 5,58 | 0,69 | 1,04 | 3,31 | 1,09 | 0,08 | 0,23 | 0,02 | 0,11 | 0,04 | ||
40-50 | 71,93 | 13,80 | 4,65 | 0,57 | 1,24 | 3,35 | 1,07 | 0,04 | 0,12 | 0,02 | 0,06 | 0,06 | ||
200-210 | 62,26 | 15,21 | 7,17 | 1,00 | 1,40 | 3,06 | 1,12 | 0,02 | 0,13 | 0,03 | 0,03 | 0,05 | ||
Фракция 5-10 мкм | ||||||||||||||
0-10 | 80,72 | 10,05 | 2,94 | 0,87 | 0,92 | 2,65 | 0,88 | 0,02 | 0,14 | 0,013 | 0,04 | 0,02 | ||
200-210 | 73,62 | 12,56 | 3,95 | 1,50 | 1,32 | 2,76 | 0,94 | 0,01 | 0,11 | 0,015 | 0,05 | 0,03 | ||
Фракция > 10 мкм | ||||||||||||||
0-10 | 81,49 | 8,49 | 2,39 | 0,98 | 0,61 | 2,29 | 0,81 | 0,01 | 0,08 | 0,011 | 0,04 | 0,03 | ||
200-210 | 73,82 | 7,85 | 2,59 | 1,65 | 0,63 | 1,97 | 0,74 | 0,01 | 0,05 | 0,015 | 0,08 | 0,01 | ||
Оценены резервы элементов питания растений агросерых тяжелосуглинистых почв Владимирского ополья на основе дифференцированного анализа содержания ряда элементов и кристаллохимии минералов во фракциях размерностью менее 1, 1-5, 5-10 мкм (рис. 10).
В таблице 8 показано, что резервы калия илистой фракции наиболее высокие по сравнению с фракциями тонкой и средней пыли, поскольку основным носителем калия являются компоненты, составляющие > 80 % от всех минералов фракции. Наиболее динамичным и активно функционирующим компонентом ила являются смешанослойные образования, которые не только, в первую очередь, являются источником калия в результате мобилизации из кристаллической решетки, но и играют главную роль в процессах поглощения калия, вносимых удобрений и калия естественного круговорота элементов при процессах почвообразования выветривания. Необходимо отметить, что резерв калия илистой фракции также дифференцирован по профилю почвы за счет дифференциации количества самой фракции (табл.8), (рис. 11).
Таблица 8
Распределение и резерв калия в гранулометрических фракциях серых
есных тяжелосуглинистых почв Владимирского ополья
Показатели | Глубина отбора образца, см | ||
0-20 | 30-40 | 200-210 | |
Илистая фракция | |||
Содержание фракции, % | 16,5 | 31,0 | 20,1 |
Содержание К2О, % | 2,75 | 2,75 | 2,64 |
Ближний резерв К2О, мг/100г | 454 | 852 | 535 |
Тонко-пылеватая фракция | |||
Содержание фракции, % | 7,7 | 9,5 | 16,0 |
Содержание К2О, % | 3,3 | 3,3 | 3,1 |
Резерв К2О, мг/100г | 254 | 313 | 496 |
Средне-пылеватая фракция | |||
Содержание фракции, % | 10,1 | 7,1 | 6,0 |
Содержание К2О, % | 2,65 | 2,68 | 2,79 |
Резерв К2О, мг/100г | 260 | 182 | 168 |
Фракция > 10 мкм | |||
Содержание фракции, % | 71,1 | 52,5 | 54,7 |
Содержание К2О, % | 2,3 | 2,1 | 2,0 |
Резерв К2О, мг/100г | 1633 | 1092 | 1273 |
Рис. 11. Характер распределения слюд-гидрослюд по профилю
во фракциях разной размерности.
В изучаемых серых лесных почвах при очень большом общем резерве лишь четвертую - пятую часть составляет ближний резерв калия. Следовательно, культуры, более требовательные к калию, могут испытывать нужду в калийных удобрениях (рис. 12).
Отмечено, что основная масса валового фосфора сосредоточена в илистой фракции. Полученные данные по резервам фосфора в других гранулометрических фракциях свидетельствуют о существенно более низких показателях в содержании валовых форм фосфора, чем в иле. Илистая фракция определяет подвижность фосфора, поскольку наибольшее его количество сконцентрировано именно в этой фракции. Рассмотрен механизм распределения фосфора в зависимости от минералогии фракций разной размерности.
Рис. 12. Запасы калия в агросерой тяжелосуглинистой почве
Владимирского ополья.
Полученный экспериментальный материал по распределению фосфора в гранулометрических фракциях свидетельствует о существенной роли тонкодисперсного вещества, главным образом, глинистых минералов, в фосфорном режиме почв (рис. 13).
Таким образом, проведенный анализ определения содержания элементов по фракциям и диагностика носителей этих элементов дает основание заключить, что наибольшее количество элементов питания сосредотачивается в илистой и тонкопылеватой фракциях.
Рис. 13. Запасы фосфора в агросерой тяжелосуглинистой почве
Владимирского ополья.
Глава 7. Микроморфологические особенности серых лесных почв Владимирского ополья.
В микроморфологических описаниях приводятся подтверждения иллювиальной дифференциации профиля, подчеркивается различная ее интенсивность в подзональных подтипах, а также специфика кутан иллювиирования - тонкодисперсных глинистых и гумусово-глинистых с редкими примесями скелетных. Аргументами в пользу гидроморфности служат марганцево-железистые сегрегации и конкреции, отмечаемые в серых лесных почвах рядом исследователей (Ярилова и др. 1974,).
Полигенез серых лесных почв принимается большинством исследователей (Ахтырцев, 1979; Зонн, Карпачевский, 1964; Парфенова, Ярилова, 1965; Семина, 1973; Ярилова и др. 1974; Макеев, 2006) исходя из палеографических данных о смещениях лесной и степной зон в голоцене, существовании в морфологии профиля и химизме почв двух генетических групп. К лесным свойствам, отмечаемым в серых лесных почвах обычно относят иллювиальный горизонт и присыпку - скелетаны, к степным - темный и достаточно мощный гумусовый горизонт, кротовины и карбонатность нижней части профиля.
Проблема полигенеза сильно усложнилась длительным и интенсивным антропогенным давлением на серые лесные почвы, при этом направленность элементарных почвенных процессов, формирующих серые лесные почвы, весьма разнообразна.
Микроморфологические исследования показали, что гумусовый горизонт этих почв отличается хорошей макроагрегированностью, развитой сетью внутреагрегатных пор округло-овальной формы, гумус типа муль с небольшим количеством слаборазложившихся и обугленных растительных остатков среднего и мелкого размера. Минеральный скелет этого горизонта представлен большей частью округлыми зернами кварца, с незначительными примесями полевых шпатов, а также небольшими, редкими обломками мелкокристаллического кальцита и мусковита. Для горизонта характерно пылевато-плазменное элементарное микростроение и органоминеральная гумусово-глинистая плазма основы. По всей толще его на темном буро-коричневом фоне располагаются небольшие светлые буровато-палевые пятна неправильной (в виде тонких горизонтальных слоев) формы, что говорит о постоянной и значительной припашке нижележащего горизонта.
Горизонт В1t, также хорошо агрегирован, имеет буровато-палевую окраску. По каналовидным порам располагаются слоистые, натечные гумусовые кутаны различного размера, а также скелетаны. Состав скелета преимущественно кварц-полевошпатовый, с примесью слюд, хлорита и незначительной примесью зерен кальцита мелкого и среднего размера, в основном округлой формы. Плазма - глинистая, чешуйчато-волкнистая, буровато-палевая.
Горизонт В2t в целом аналогичен горизонту В1t, за исключением того, что для этого горизонта характерна значительная оглиненность всей толщи, а также большее количество обломков кальцита и вторично образованные карбонатные зерна.
Содержание иллювиированных глин в горизонте В2 достигает 10-15 %.Глинистые натеки имеют преимущественно гумусо-глинистый состав, они заполняют дренирующие поры, нередко в основной почвенной массе присутствуют фрагменты глинистых натеков. В гумусовых горизонтах присутствуют довольно крупные фрагменты обугленных растительных тканей c сохранившимся клеточным строением.
Глава 8. Оценка экологическиго состояния почв и закономерности поведения тяжёлых металлов в серых лесных почвах Владимирского Ополья. Серые лесные почвы Владимирского ополья можно отнести лусловно к незагрязненным по содержанию валовых форм свинца, цинка, кобальта, меди, железа, хрома, марганца. В пахотном слое повышалось содержание свинца с увеличением доз вносимого навоза. Имеется тенденция увеличения содержания кобальта в пахотном слое при применении полного минерального удобрения, навоза и увеличивается количество железа. Наблюдаются локальные очаги существенных положительных аномалий никеля.
Таблица 9
Содержание тяжелых металлов серых лесных целинных и окультуренных почв Владимирского ополья (валовые формы)
Глубина взятия образца, см | Pb | Zn | Ni | Co | Cr | Mn | Fe, % |
мг/100 г | |||||||
Серая типичная среднесуглинистая (разрез 17) | |||||||
0-17 | 16 | 47 | 29 | 6 | 80 | 692 | 2,77 |
17-26 | 14 | 39 | 24 | 5 | 81 | 508 | 2,84 |
26-39 | 15 | 45 | 34 | 6 | 88 | 500 | 3,47 |
39-58 | 10 | 56 | 39 | 12 | 99 | 687 | 4,7 |
58-90 | 13 | 56 | 46 | 11 | 109 | 683 | 4,73 |
Агросерая со вторым гумусовым горизонтом (разрез 23) | |||||||
0-20 | 24 | 50 | 33 | 6 | 80 | 835 | 3,7 |
20-30 | 27 | 50 | 32 | 5 | 76 | 995 | 3,69 |
30-40 | 15 | 49 | 35 | 7 | 85 | 828 | 3,85 |
40-50 | 15 | 51 | 35 | 10 | 77 | 991 | 4,49 |
50-60 | 26 | 58 | 41 | 19 | 68 | 1030 | 5,19 |
60-70 | 3 | 50 | 39 | 7 | 96 | 637 | 4,41 |
70-80 | 7 | 56 | 40 | 6 | 101 | 626 | 4,57 |
80-90 | 13 | 57 | 39 | 6 | 96 | 645 | 4,53 |
90-100 | 12 | 60 | 35 | 8 | 96 | 682 | 4,56 |
Агросерая остаточно-карбонатная среднесуглинистая (разрез 24) | |||||||
0-20 | 8 | 51 | 30 | 2 | 81 | 645 | 3,34 |
20-30 | 13 | 52 | 36 | 8 | 95 | 662 | 3,89 |
30-40 | 8 | 51 | 37 | 10 | 102 | 666 | 4,25 |
40-50 | 10 | 52 | 38 | 10 | 97 | 765 | 4,74 |
50-60 | 4 | 50 | 38 | 11 | 84 | 662 | 4,18 |
60-70 | 5 | 51 | 39 | 9 | 100 | 646 | 4,29 |
70-80 | 6 | 50 | 43 | 9 | 94 | 677 | 4,44 |
80-90 | 8 | 58 | 43 | 12 | 97 | 665 | 4,54 |
90-100 | 1 | 55 | 39 | 9 | 99 | 642 | 4,45 |
Агросерая остаточно-карбонатная среднесуглинистая (разрез 27) | |||||||
0-20 | 12 | 54 | 33 | 2 | 87 | 787 | 3,15 |
20-30 | 15 | 54 | 29 | 6 | 86 | 670 | 2,99 |
30-40 | 7 | 49 | 29 | 2 | 90 | 632 | 3,28 |
40-50 | 9 | 49 | 32 | 4 | 93 | 604 | 3,61 |
50-60 | 11 | 49 | 33 | 4 | 93 | 603 | 3,96 |
60-70 | 16 | 56 | 38 | 6 | 100 | 598 | 4,44 |
70-80 | 12 | 48 | 40 | 4 | 100 | 580 | 4,46 |
80-90 | 6 | 49 | 38 | 8 | 91 | 577 | 4,36 |
90-100 | 8 | 54 | 41 | 10 | 102 | 592 | 4,32 |
Pb Zn
Mn Fe
Co Cr
Ni
Pb Mn
Co Cr
Fe Ni
Рис. 15. Пространственное распределение ТМ в почвах гидроморфной траншеи. Ось абсцисс - длина траншеи, м; ось ординат слева - глубина траншеи, см; справа - концентрация Pb, Mn, Co,Cr,Ni - мг на кг почвы, Fe - %
Источниками ТМ в естественных почвах являются минералы: рутил, брунит, анатаз, ильменит и др.; Мn - вернадит, пиролюзит, бернессит.
В загрязненных почвах преобладают непрочносвязанные соединения техногенного происхождения, их экстрагируемая форма. Содержание хрома во всех профилях увеличивается в нижних горизонтах, однако, по всей видимости это хром почвообразующей породы. Обращает на себя внимание увеличение содержания Mn и Fe в агросерой почве со вторым гумусовым горизонтом (разрез 23). На глубине 50-60 см изменился показатель рН в сторону подкисления и можно предположить, что здесь имеет место образование Mn - Fe ортштейнов, вследствие пониженного участка микрорельефа и как следствие гидроморфизма (табл.9).
Выявлена закономерность поведения ТМ во фракциях разной размерности (<1, 1-5, 5-10, >10 мкм), и характер передвижения ТМ в зависимости от подвижности глинистого материала (табл.10,11).
Таблица 10
Содержание тяжелых металлов во фракциях тонкой и средней пыли
серых лесных целинных и окультуренных почв Владимирского ополья
(валовые формы)
Глубина взятия образца, см | Pb | Zn | Cu | Ni | Co | Fe | Mn | Cr | |||||||
Мг/кг | % | Мг/кг | |||||||||||||
Фракция 5-10 мкм | |||||||||||||||
Серая типичная среднесуглинистая (р.17) | |||||||||||||||
(2-17) | 3 | 196 | 70 | 43 | 21 | 5,07 | 1720 | 99 | |||||||
(17-26) | 19 | 53 | 80 | 37 | 9 | 3,35 | 9630 | 92 | |||||||
(26-39) | 11 | 59 | 0 | 34 | 9 | 2,34 | 7990 | 78 | |||||||
Агросерая со ВГГ среднесуглинистая (р.23) | |||||||||||||||
(0-20) | 19 | 83 | 140 | 42 | 16 | 4 | 1300 | 94 | |||||||
(20-40) | 9 | 100 | 200 | 36 | 18 | 3,58 | 1290 | 91 | |||||||
Агросерая остаточно-карбонатная среднесуглинистая (р.24) | |||||||||||||||
(0-20) | 17 | 108 | 150 | 45 | 24 | 5,2 | 1400 | 100 | |||||||
(20-40) | 16 | 79 | 105 | 38 | 16 | 4,03 | 1030 | 99 | |||||||
Агросерая остаточно-карбонатная среднесуглинистая (р.27) | |||||||||||||||
(0-20) | 19 | 101 | 90 | 38 | 45 | 3,48 | 1460 | 86 | |||||||
(20-40) | 36 | 70 | 34 | 42 | 28 | 4,31 | 2030 | 97 | |||||||
Фракция > 10 мкм | |||||||||||||||
Серая типичная среднесуглинистая (р.17) | |||||||||||||||
(2-17) | 49 | 25 | 0 | 18 | 2 | 2,22 | 6170 | 61 | |||||||
Продолжение таблицы 10 | |||||||||||||||
(17-26) | 46 | 10 | 0 | 7 | 0 | 1,24 | 3040 | 65 | |||||||
(26-39) | 42 | 16 | 0 | 13 | 0 | 1,45 | 3200 | 69 | |||||||
Агросерая со ВГГ среднесуглинистая (р.23) | |||||||||||||||
(0-20) | 50 | 11 | 0 | 11 | 0 | 1,41 | 4040 | 64 | |||||||
(20-40) | 42 | 11 | 0 | 7 | 1 | 1,32 | 3540 | 63 | |||||||
Агросерая остаточно-карбонатная среднесуглинистая (р.24) | |||||||||||||||
(0-20) | 36 | 13 | 0 | 13 | 0 | 1,56 | 3260 | 68 | |||||||
(20-40) | 41 | 11 | 0 | 9 | 0 | 1,37 | 2040 | 67 | |||||||
Агросерая остаточно-карбонатная среднесуглинистая (р.27) | |||||||||||||||
(0-20) | 43 | 16 | 0 | 16 | 3 | 1,31 | 3420 | 63 | |||||||
(20-40) | 40 | 10 | 0 | 9 | 1 | 1,24 | 3010 | 63 | |||||||
Таблица 11
Содержание ТМ в ВПИ и АИ серых лесных целинных и
окультуренных среднесуглинистых почв Владимирского ополья
(валовые формы)
Глубина взятия образца, см | Pb | Zn | Cu | Ni | Co | Fe, % | Mn | Cr | |||||||||
Мг/кг | Мг/кг | ||||||||||||||||
Воднопептизированный ил | |||||||||||||||||
Серая лесная (р.17, целина) | |||||||||||||||||
(2-17) | 71 | 417 | 79 | 64 | 34 | 7,13 | 3960 | 98 | |||||||||
(17-26) | 22 | 365 | 123 | 88 | 49 | 10,9 | 2010 | 133 | |||||||||
(26-39) | 6 | 612 | 61 | 96 | 44 | 11,4 | 1240 | 150 | |||||||||
Серая лесная с ВГГ (р.23, пашня) | |||||||||||||||||
(0 - 20) | 121 | 120 | 0 | 7 | 3 | 2,45 | 1160 | 34 | |||||||||
(20-40) | 59 | 833 | 107 | 84 | 48 | 11,2 | 2540 | 125 | |||||||||
Серая лесная остаточно-карбонатная (р.24, пашня) | |||||||||||||||||
(0-20) | 11 | 706 | 309 | 106 | 71 | 13,3 | 4310 | 148 | |||||||||
(20-40) | 24 | 547 | 327 | 96 | 74 | 14,5 | 3710 | 152 | |||||||||
Серая лесная остаточно-карбонатная (р.27, пашня) | |||||||||||||||||
(0-20) | 84 | 537 | 525 | 167 | 51 | 10,6 | 5070 | 214 | |||||||||
Продолжение таблицы 11 | |||||||||||||||||
(20-40) | 81 | 139 | 0 | 37 | 15 | 4,72 | 1590 | 72 | |||||||||
Агрегированный ил | |||||||||||||||||
Серая лесная (р.17, целина) | |||||||||||||||||
(2-17) | 71 | 417 | 79 | 64 | 34 | 7,13 | 3960 | 98 | |||||||||
(17-26) | 22 | 365 | 123 | 88 | 49 | 10,9 | 2010 | 133 | |||||||||
(26-39) | 6 | 612 | 61 | 96 | 44 | 11,4 | 1240 | 150 | |||||||||
Серая лесная с ВГГ (р.23, пашня) | |||||||||||||||||
(0 - 20) | 121 | 120 | 0 | 7 | 3 | 2,45 | 1160 | 34 | |||||||||
(20-40) | 59 | 833 | 107 | 84 | 48 | 11,2 | 2540 | 125 | |||||||||
Серая лесная остаточно-карбонатная (р.24, пашня) | |||||||||||||||||
(0-20) | 11 | 706 | 309 | 106 | 71 | 13,3 | 4310 | 148 | |||||||||
(20-40) | 24 | 547 | 327 | 96 | 74 | 14,5 | 3710 | 152 | |||||||||
Серая лесная остаточно-карбонатная (р.27, пашня) | |||||||||||||||||
(0-20) | 84 | 537 | 525 | 167 | 51 | 10,6 | 5070 | 214 | |||||||||
(20-40) | 81 | 139 | 0 | 37 | 15 | 4,72 | 1590 | 72 | |||||||||
Отмечаются следующие закономерности в распределении ТМ по гранулометрическим фракциям. Количество таких элементов, как Zn, Ni, Cr, Mn, Co при увеличении размера частиц снижается. Медь фактически отсутствует во фракциях > 10 мкм. По степени уменьшения элементы можно расположить в следующий ряд: Cr<Ni<Fe<Mn<Zn<Cu<Co (табл.11).
Концентрация многих металлов в составе тонкодисперсных фракций почв как природных, так и техногенных ландшафтов, как правило, в 2-4 раза выше, чем в почве в целом. Это обусловлено, главным образом, поглотительной способностью глинистых минералов
Использование метода дробной пептизации позволило проанализировать поведение тяжелых металлов в зависимости от подвижности тонкодисперсной части почв. Обнаружено четкое разделение ТМ в зависимости от подвижности илов. В воднопептизированных илах в наибольших количествах обнаружены Pb, Cu, Mn, и Zn. (рис.16, табл. 11).
Рис. 16. Содержание ТМ в гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации гумусового горизонта (2-17 см) серой лесной почвы (разрез 17. Оси: абсцисс - гранулометрические фракции и подфракции дробной пептизации; ординат - концентрация Pb, Zn,Сu, Mn, Co,Cr,Ni - мг на кг почвы, Fe - %
Такие элементы, как Co, Ni, Cr в большей мере концентрируются в агрегированных илах. Поскольку рентгендифрактометрическим методом установлена кристаллическая фаза обоих категорий илов, то можно предположить различный механизм поведения ТМ в зависимости от компонентов ВПИ и АИ. В первом случае Pb, Cu, Mn и Zn, в наибольших количествах фиксируются в ВПИ, образуя в большей мере самостоятельные легко мигрирующие комплексы, связанные с продуктами выветривания глинистых минералов, рентгеноаморфными веществами, органикой, в то же время основная масса Ni, Cr, Fe, Co концентрируется в АИ, где происходит их поглощение дисперсными глинистыми минералами.
Глинистые минералы удерживают тяжелые металлы в результате обменного и физико-химического поглощения. Механизм такого влияния возможно заключается в следующем. Способность к обменному поглощению металлов глинистые минералы приобретают вследствие гетеровалентного изоморфного замещения в кремнекислородных тетраэдрах и алюмогидроксильных октаэдрах тонкодисперсных алюмосиликатов, наличия нескомпенсированных зарядов в дефектных пустотах их кристаллов и ненасыщенных валентностей на поверхностях, углах и гранях кристаллов (Мотузова, 2000). Можно допустить, что Mn, Cr, Zn, Ni, Cu, Co, обладая высокой координационной валентностью активнее поглощаются глинистыми минералами, т.к. они могут изоморфно замещать октаэдрические позиции, образуя метастабильные соединения. Отмечено, что насыщенность тонкодисперсных фракций тяжелыми металлами убывала в ряду: ил > тонкая пыль > средняя пыль.
* *
*
Таким образом, установленные закономерности, комплекс качественных характеристик и количественных показателей дают наиболее полное представление об агроэкологическом состоянии и расширяют возможности мониторинга серых лесных почв Владимирского ополья в соответствии с принятой Концепцией развития государственного мониторинга земель, используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства, и формирования государственных информационных ресурсов на период до 2020 года (М.: Минсельхоз, 2009). В тестовых полигонах, с типичной структурой почвенного покрова, при проведении наземных агрохимических и почвенно-геоботанических обследований, а также на реперных участках в длительных полевых опытах, оснащенных современными приборами и оборудованием, чрезвычайно важно располагать оценками современных тенденций почвообразования, в т.ч. деградационных процессов, их интенсивности и выявления причин их обуславливающих (естественных и технологических), установления источников загрязнения, с использованием возможно большего числа показателей, включая характеристику и трансформацию органического вещества, минералогический состав, микро- и и морфологическое строение профилей.
Часть из приведенных выше показателей (количество, групповой и фракционный состав гумуса, минералогический состав) имеют основное детерминирующее значение, другие (распределение органического вещества, тяжелых металлов, отдельных элементов питания по фракциям различной дисперсности, также как само по себе формирование и распределение последних в почве) - соподчиненное, некоторые (микроморфологическое и текстурное строение, профильная гетерогенность почвы и др.) являются важными качественными характеристиками агроэкологического состояния.
Комплекс этих показателей и характеристик определяет разнообразие свойств, буферную емкость, пределы устойчивости, описывает фактическую и регламентирует допустимую техногенные нагрузки, способствует принятию рациональных агротехнологических решений и является обязательной составляющей базы данных агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.
Выводы:
- Режимы органического вещества, особенности минералогического состава, гетерогенность и дисперсность гранулометрических фракций оказывают важнейшее влияние на агрохимические, водно-физические, микроморфологические свойства, отражают эволюцию современного почвообразовательного процесса, определяют специфику профильного распределения, аккумуляцию тяжелых металлов, создают основу формирования эффективных агрономических решений, и составляют императивную основу комплексной оценки агроэкологического состояния и мониторинга серых лесных почв Владимирского ополья.
2. Органическое вещество серых лесных пахотных почв характеризуется высоким содержанием прочносвязанного углерода, низким содержанием I фракции гумусовых веществ и высоким содержанием второй фракции гуминовых и фульвокислот. Во втором гумусовом горизонте (на пониженном участке микрорельефа) количество второй фракции гумусовых кислот, связанных с кальцием максимально - 75 % общего углерода. Вовлечение целинных и залежных почв с содержанием органического вещества 3-6 % в сельскохозяйственное производство приводит к снижению гумуса и перераспределению его группового и фракционного состава.
3. В долгосрочном полевом опыте при комплексном использовании навоза с соломой происходило увеличение наиболее ценной в агрономическом отношении фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием, (СГК: СФК = 1,3 - 1,5) и содержания подвижных форм органического вещества. Запашка соломы в севообороте снижала количество гуминовых кислот второй фракции при одновременном росте суммы содержания фульвокислот. Пожнивная сидерация не оказала существенного влияния на гумусовое состояние почвы. Продуктивность культур севооборота наилучшим образом коррелирует с запасами лабильных соединений гумуса. Уровень продуктивности порядка 3-3,5 т зерновых единиц с гектара создается при содержании 2500-3500 мг/кг, а 4 т з.е. и более - при 4000-4500мг лабильных форм гумуса на килограмм почвы.
4. В модифицированном варианте определения лабильных органических веществ изменение рH экстрагирующего раствора пирофосфата натрия с 7 до 9 единиц увеличило количество извлекаемых лабильных форм гумусовых веществ в 1,5-2 раза.
5. Содержание гумуса во фракциях и подфракциях дробной пептизации свидетельствует о его максимальном количестве в водно-пептизируемом и агрегируемом илах.
6. Серые лесные почвы по склонности перехода в пептизированное состояние илистой фракции занимают промежуточное положение между дерново-подзолистыми и черноземами, развитыми на лессовидных суглинках. Минералогический состав водно-пептизированного ила представлен в основном обломочными формами зерен кварца, полевых шпатов, гидрослюдами, в меньшей мере смектитовой фазой. Агрегированный ил включает характерную парагенетическую ассоциацию, гидрослюдисто-смешанослойную, с набухающими пакетами и доминированием гидрослюды. Максимальное количество смектитового компонента в пахотном горизонте наблюдается при припахивании остаточно-карбонатных серых лесных тяжелосуглинистых почв.
7. Пространственное профильное распределение илистой фракции в траншейных тестах и распределение основных минеральных фаз этой фракции - смектитовой и гидрослюдистой обусловливает широкое разнообразие свойств серых лесных почв (емкость катионного обмена, физические, физико-химические, резервы элементов питания, водоудерживающую способность и др.). Содержание смектита в илистой фракции от 40 до 70 %. В пахотном слое наблюдается повышенное содержание оксидов кремния, минимум алюминия и железа.
8. Основными компонентами тонкодисперсных фракций (ил, тонкая и средняя пыль) являются сложные неупорядоченные смешанослойные образования. Доминирует слюда - смектиты с высоким содержанием смектитовых пакетов. В меньшем количестве присутствуют слюда-смектиты с низким содержанием смектитовых пакетов и гидрослюды. Количество каолинита и хлорита колеблется в пределах 10-15 %. Эти минералы являются источниками калия, магния, и других катионов, необходимых для питания растений.
9. Оценены потенциальные и доступные резервы элементов питания растений серых лесных почв c позиций количественных содержаний минералов разных фракций: ила, тонкой средней пыли и песчаной. Наибольшее количество калия, фосфора, магния аккумулируется в тонкодисперсных фракциях, в илистой - фосфора и магния, в тонкопылеватой - калия, магния. Илистая фракция наиболее функциональна не только как потенциальный источник элементов питания, но и как регулятор их подвижности и доступности.
10. Микроморфология гумусового горизонта отражает направленность почвообразования и экологический статус почв, отличается развитой сетью внутриагрегатных пор округло-овальной формы, гумус - муль-типа. Минеральный скелет большей части состоит из округлых зерен кварца с примесями полевых шпатов, обломков кальцита и мусковита. Для горизонта характерно пылевато-плазменное элементарное микростроение и органо-минеральная гумусово-глинистая плазма основы. В горизонте В2 максимально содержание иллювиированных глин, с присутствием относительно крупных фрагментов обугленных растительных тканей с сохранившимся клеточным строением.
11. Распределение тяжелых металлов по гранулометрическим фракциям почв прямо пропорционально степени дисперсности последних. Исключение составляет Pb, количество которого максимально во фракции > 10 мкм. Механизм связывания можно объяснить поглощением дисперсными, в основном слоистыми силикатами во фракциях высокой сорбционной активности. Такие техногенные элементы, как Pb, Cu, Mn, Zn в большей мере сосредоточены во фракции ВПИ, что свидетельствует об их подвижности и способности перемещаться ввиду отсутствия глубокого химического поглощения минеральной компонентой почв. Другие элементы (Fe, Cr, Ni, Co) более тесно связаны со слоистыми силикатами, обладающими большей поглотительной способностью.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Кротов П.В., Карпова Д.В. Некоторые аспекты применения гидрогеля // Экологические проблемы АПК Ивановской области. Материалы научно-практической конференции. Иваново, 1995. С.123-124.
- Карпова Д.В.Изучение влияния биофильных гумусовых препаратов на рост и развитие зерновых//Материалы научно-практической конференции. 1995 г.С. 109.
- Карпова Д.В. Стимулятор роста и развития растений Регрос-С // Применение барды и удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Вып.3. Владимир, 1998. С 126-131.
- Карпова Д.В., Окоркова Л.А., Чернышова А.Ю. Некоторые физико-химические особенности почв Владимирского Ополья // Применение барды и удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Вып. 3. Владимир, 1998. С. 80-99.
- Карпова.Д.В. Регулятор роста и развития растений Регрос-С // Агрохимические, агроэкологические, экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых и других культур. Москва, 1998. С.118-119.
- Карпова Д.В. Некоторые особенности гумуса серых лесных почв Владимирского Ополья // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. М., 1998. 165-169.
- Карпова Д.В., Алеева Л.А. Экологически чистые препараты - регрос и триходермин // Современные проблемы оптимизации минерального питания растений. Материалы научно-практической конференции. Нижний Новгород, 1998. С. 65-68.
- Карпова Д.В. Регулятор роста и развития растений - Суздальский (Регрос-С) // Информационный листок Владимирского ЦНТИ, 1999. 3с.
- Чернышова А.В., Карпова Д.В. Миграция тяжелых металлов в почвах Владимирского Ополья // Материалы научно-практической конференции молодых ученых Растение и почва. С-Петербург, 1999. С. 215
- Карпова Д. В. Влияние систем удобрений в севообороте на качественный состав гумуса // Совершенствование технологий возделывания сельско-хозяйственных культур в Верховолжье. Владимир, 1999. С.99-104.
- Карпова Д.В., Чернов О.С., Чернышева А.Ю. Агроприемы и качественный состав гумуса // Материалы научно-практической конф. Иваново, 1999. С. 125.
- Батяхина Н.А., Карпова Д.В. Агроэкологическая оценка перспективных сидеральных культур // Совершенствование технологий возделывания сельс-кохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 2. Владимир, 2000. С. 255-263.
- Карпова Д.В., Евсеенков А. Трансформация и миграция токсичных компонентов промышленных отходов в почвенных покровах речного бассейна // Материалы международной научно-практической конф. Экология речных бассейнов, Владимир, 1999. С. 115-116.
- Карпова Д.В., Винокуров И.Ю Биофильный препарат на основе вермикомпоста // Научные достижения - развитию агропромышленного комплекса. Иваново, 2000.
- Трифонова Т.А.,.Карпова Д.В. Гумусное состояние серых лесных почв Владимирского Ополья // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. Суздаль, 2000.
- Трифонова Т.А., Селиванова Н.В., Ширкин Л.А., Карпова Д.В.. Миграция токсичных микроэлементов промышленных отходов в почвах // Геохимические барьеры в зоне гипергенеза. Материалы международно-практической конференции. М.: МГТУ, 1999. С.51-55.
- Иванов А.Л., Чернов О.С., Карпова Д.В. Приемы окультуривания серых лесных почв Владимирского Ополья. МГУ. 2000. 101 с.
- Бондаренко А.Ф., Алеева Л.А., Карпова Д.В., Стоянова Л.Г. Распространение свободноживущих азотфиксаторов в серых лесных почвах // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 3. Иваново, 2001. С.147-158.
- Карпова Д.В. Поведение тяжелых металлов в почвах Владимирского Ополья // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 3. Иваново 2001. С.164-170.
- Карпова Д.В., Трифонова Т.А., Чернов О.С., Чернышева А.Ю. Гумусное состояние серых лесных почв Владимирского Ополья // Владамирский земледелец. 2001. №1(24). С 71-77.
- Карпова Д.В., Окорков В.В., Рузгис Е.Н. О микроэлементах и правильном питании // Владамирский земледелец. 2001. №2(25). С 55-60.
- Карпова Д.В. Изучение содержания и состава гранулометрических фракций серых лесных почв Владимирского Ополья // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.41-46.
- Карпова Д.В. Сравнительное действие бардяного ила, вносимого в составе различных наполнителей, на почву, урожайность зерновых культур // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.46-56.
- Карпова Д.В. Влияние бардяного осадка на содержание лабильных форм гумуса // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.65-69.
- Карпова Д.В. Влияние антропогенного фактора на микрофлору почв // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.168-185.
- Карпова Д.В. Приемы повышения продуктивности ячменя на основе биопрепаратов // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. с.188-194.
- Карпова Д. В. Состояние органического вещества в пахотных почвах и пути его оптимизации // Владимирский земледелец. 2002. № 1(26)
- Ненайденко Г.Н., Окорков В.В., Мазиров М.А., Сибирякова Т.В., Корчагин А.А. Карпова Д.В. Действие бардяного ила, вносимого в составе различных наполнителей. на почву и урожай зерновых культур // Владимирский земледелец. 2002. № 1(26)
- Трифонова Т.А., Карпова Д.В. Поведение тяжелых металлов в почвах Владимирского ополья различной антропогенной нагрузки// Устойчивость почв к естественным и антроогенным воздействиям. Материалы всероссийской конференции. М., 2002. С. 435.
- Шишов Л.Л., Кузнецов М.С., Гендугов В.М., Карпова Д.В. Допустимые потери почвы и ее гумусовое состояние // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2003. № 1. С.24-28.
- Shishov L.L., Kuznetsov M.S., Gendugov V.M., Karpova D.V. Tolerable soil losses and its humus state // Russian Agricultural Sciences. 2003. Vol. 1, pp. 17-22.
- Кубанов Р.Д., Лукьянова Н.Н., Балабко П.Н,. Карпова Д.В. Микроморфология и некоторые свойства опольных ландшафтов // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск, 2004. С. 114.
- Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Минералогический состав тонкодисперсных фракций и подфракций дробной пептезации почв Владимирского ополья и их экологические функции // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск, 2004. С. 96.
- Окорков В.В., Карпова Д.В. Исследование фракций гранулометрического состава серых лесных почв Владимирского ополья // Владимирский земледелец. №3-4(37-38), 2005.4-7.
- Окорков В.В., Карпова Д.В. Минералогические и химические исследования фракций разного гранулометрического состава серых лесных почв Владимирского ополья // Вопросы стабилизации плодородия и урожая в Верхневолжье. Под редакцией проф. Ненайденко, М.:ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, ФГОУ ВПО Ивановская ГСХА, 2006. С. 44-53.
- Окорков В.В., Карпова Д.В. Особенности функционирования почвенного покрова, воспроизводства плодородия и предотвращения деградации почв Владимирского ополья // Методические рекомендации. Владимир, 2006. 79с.
- Балабко П.Н., Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Некоторые особенности распределения тяжелых металлов в гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации в серых лесных суглинистых почвах Владимирского ополья // Агрохимический вестник, Москва, 2006. С.13-16.
- Карпова Д.В., Чижикова Н.П, Распределение тяжелых металлов во фракциях и подфракциях дробной пептизации серых лесных почв Владимирского ополья // Бюллетень почвенного ин-та им. В.В.Докучаева. Вып. 59. М., 2007. С. 50-69.
- Винокуров И.Ю., Карпова Д.В., Батяхина Н.А., Чернов О.С., Волощук А.Т. Улучшенная технология эффективного, экологически безопасного использования различных видов и форм органических удобрений на серых лесных почвах Владимирского ополья// Методические рекомендации, Иваново, 2007. 28 с.
- Карпова Д.В., Чернов О.С., Батяхина Н.А. Изменение состава гумуса серой лесной почвы Владимирского ополья в звене севооборота // Материалы V съезда Докучаевского общества почвоведов. Ростов, 2008. С. 76.
- Карпова Д.В., Чижикова Н.П., Чернов О.С., Батяхина Н.А Гумусное состояние серых лесных почв Владимирского ополья // Плодородие. 2008. № 1(40). С. 9-10.
- Карпова Д.В., Чижикова Н.П., Чернов О.С., Батяхина Н.А. Изменение качества гумуса серых лесных почв при внесении удобрений // Плодородие. 2008. №2 (41). С. 11-13.
- Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Оценка резервов элементов питания растений почв Владимирского ополья // Агрохимический вестник. 2008г. № 4. С.12-16.
- Методическое руководство по проектированию применения удобрений в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия. Под редакцией А.Л. Иванова, Л.М. Державина. М., 2008. 394 с. (в соавторстве)
- Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель, выбывших из активного сельскохозяйственного производства. Под редакцией Романенко Г.А. М.: ФГНУ, УРосин-формагротехФ. 2008. 64 с. (в соавторстве)
- Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России. Под редакцией Гордеева А.В., Романенко Г.А. М.: ФГНУ, УРосинформагротехФ, 2008. 68 с. (в соавторстве)
- Чижикова Н.П., Карпова Д.В. Минералы разных гранулометрических фракций как источники элементов питания растений (на примере агросерых тяжелосуглинистфых почв Владимирского ополья) // Бюллетень почвенного института им. В.В.Докучаева. 2009. С. 68-79.
- Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Минералогический состав илистой фракции тяжелосуглинистой почвы Владимирского ополья // Плодородие, 2009г. №1(46). С.11-13.
- Чижикова Н.П., Карпова Д.В. Минералогический состав фракции тонкой и средней пыли тяжелосуглинистой почвы Владимирского ополья // Плодородие, 2009г. №1(46), С.37-38.
- Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Оценка почв Владимирского ополья с позиции содержания минералов - носителей элементов питания растений // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. М., 2009. № 4. С.49-57.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии