7.3. Содержание, запасы и состав гумуса в почвах
В генезисе почв, в формировании их свойств большая роль принадлежит гумусу. И.В. Тюрин (412) писал: " ... едва ли будет преувеличением сказать, что в генезисе значительной части почв земного шара процессы, связанные прямо или косвенно с присутствием гумуса, играют не только значительную, но часто и решающую роль." М.М. Кононова (216; 217), В.В. Пономарева и Т.А. Плотникова (1980) отмечали, что наличие органического вещества в значительной степени определяет направление процессов почвообразования. М.И. Дергачева (159; 160) подчеркивает, что исследования гумуса как эволюционирующей, открытой, каталитической системы позволяет подойти к решению многих задач, связанных с гумусообразованием на уровне отдельных химических процессов, превращений и взаимосвязей компонентов гумуса в течение формирования и существования почв.
Уровнем гумусированности почвы в значительной мере определяется степень использования растениями минеральных удобрений (450; 241; 47; 349). А на почвах, загрязненных радионуклидами, от неё зависит и агроэкологическая функция минеральных удобрений - способность блокировать поступление в растения радиоцезия и радиостронция. По данным Е.В. Юдинцевой и И.В. Гулякина (153; 154), увеличение гумусированности почвы, особенно легкой, снижает интенсивность поступления радионуклидов в растения. Этот вывод подтвержден другими исследователями (335). Влияние гумуса на поведение радионуклидов в системе почва-растение объясняют не только повышением ёмкости катионного обмена, качественными изменениями в ППК, снижением почвенной кислотности, но также образованием комплексных (хелаты) и простых гетерополярных солей (48). Первые представляют собой соль органического вещества с поливалентным металлом, например, стронцием, в которой он закреплен по всем валентностям и пространственно находится внутри молекулы, так что его возможность вступления в реакции ионного обмена снижается. Поэтому хелаты находятся в подвижном состоянии и на легких почвах выщелачиваются (327). Радионуклиды, вошедшие в состав таких комплексных соединений, не могут усваиваться корнями (335). При высоких значениях рН хелаты металлов способны поступать и передвигаться в растениях (145).
Образование простых гетерополярных солей происходит при взаимодействии гумусовых кислот с ионами щелочных и некоторых щелочноземельных металлов. Из этих соединений ионы металла легко диссоциируют и обмениваются с другими катионами почвенного раствора. Фульваты, представляющие собой наиболее растворимую группу гумусовых веществ, способны образовывать с одновалентными катионами подвижные соединения, что существенно влияет на доступность радиоцезия растениям - повышает её по сравнению с почвами, в которых преобладают гуминовые кислоты (335). Значение отдельных фракций гуминовых и фульвокислот, а также негидролизуемого остатка гумуса в поведении радионуклидов в системе почва - растение ещё не выяснено. Хотя можно предположить, что те радионуклиды, которые связаны с фракциями ФК-1а, ГК-1 и ФК-1, наиболее подвижны в профиле почвы и доступны для растений. Радионуклиды, связанные с фракциями ГК-2 и ФК-2 относительно подвижны в профиле и доступны для растений, причем ФК-2 более чем ГК-2. Можно ожидать усиления этого при подкислении реакции почвенной среды. Те радиоактивные вещества, которые вступили во взаимодействие с фракциями ГК-3, ФК-3 и негидролизуемым остатком, по-видимому, меньше всего подвижны и доступны растениям.
В различных регионах при бонитировке (качественной оценке) почв установлена тесная корреляция между содержанием гумуса и уровнем почвенного плодородия. Чем больше гумуса, тем лучше физические, физико-механические и физико-химические свойства почвы, тем богаче она азотом, фосфором, серой, кальцием и микроэлементами.
Содержание гумуса в почве и его качество зависят от прохождения процессов гумификации (образование и накопление гумуса) и дегумификации (обеднение почв гумусом вследствие превышения его минерализации над образованием и накоплением). Значительно способны снижать содержание гумуса смывание, вымывание, выдувание поверхностного гумусового горизонта почв.
Для интенсивной гумификации необходимо достаточное количество исходного органического вещества для синтеза гумуса, реакция почвенной среды, близкая к нейтральной, наличие в почве подвижных ионов кальция, магния и различных почвенных организмов, среди которых главная роль принадлежит дождевым червям. Масса этих животных составляет 50-70 % всей биомассы почвы, а общее количество до интенсивной химизации варьировало от 500 тысяч до 20 миллионов особей на каждом гектаре. Поглощая вместе с минеральной частью почвы различные органические остатки и микроорганизмы, дождевые черви в пищеварительном тракте синтезируют гумусовые вещества. В сухом веществе копролитов - шариков, которые выбрасывают черви в процессе жизнедеятельности, содержится 11-15 % гумуса. В природе нет других более активных гумификаторов. Почва при этом обеззараживается и приобретает тот неповторимый и приятный запах земли, к которому каждый человек привык с детства.
Дегумификация, прежде всего, вызывается чрезмерным рыхлением почвы, подкислением, промыванием.
В конце 90-х годов 44,8 % обследованной пашни РФ (54,1 млн. га) имели низкое и очень низкое содержание гумуса. Ежегодное уменьшение его содержания в пахотных почвах Центрального района Российской Федерации в среднем на 0,53 т/га свидетельствует о снижении потенциального плодородия почв (292). Для восполнения потерь гумуса следует ежегодно вносить на каждый гектар пашни 10 т/га навоза (табл. 36).
Таблица 36
Ежегодный баланс гумуса в пахотном слое почв Центрального района РФ, т/га
(по расчётам К.В. Дьяконовой, 292)
Зерновые
Пропашные
Чистый
пар
Многолетние
травы
В среднем
дегумификация
гумификация
дегумификация
гумификация
дегумификация
гумификация
дефицит
гумуса
потребность в навозе для покрытия
1,0
0,4
1,8
0,2
2,0
0,6
0,53
10,0
Юго-запад России расположен в таёжно-лесной и лесостепной зонах, почвы здесь образовались в различных ландшафтах, аграрное использование их неодинаковое. Поэтому содержание гумуса в почвах здесь варьирует в широких пределах (табл. 37).
Таблица 37
Динамика содержания гумуса в почвах юго-запада РФ (101)
Область
Тур обследования / год его завершения
Брянская
1,84
1,91
2,10
2,12
2,15
Калужская
-
1,55
1,71
1,62
1,60
Орловская
-
-
5,26
5,27
5,29
Тульская
-
-
4,90
4,90
4,90
Особенно пёстрое содержание гумуса в почвах Брянской области, которая находится на стыке вышеназванных природных зон и отличается большим разнообразием природных факторов почвообразования.
Для оценки содержания гумуса в почвах агроэкосистем предложено использовать следующие градации (табл. 39).
Таблица 39
Градации содержания гумуса в основных пахотных почвах (Минеев и др. 1993)
Почва
Содержание гумуса
очень низкое
низкое
среднее
повышенное
высокое
Дерново-подзолистая
супесчаная
суглинистая
Ј1,0
Ј1,5
1,1-1,5
1,6-2,0
1,6-2,0
2,1-2,5
2,1-2,5
2,6-3,0
> 2,5
> 3,0
Дерново-карбонатная
суглинистая
Ј2,0
2,1-2,5
2,6-3,0
3,1-3,5
> 3,5
Светло-серая лесная
суглинистая
Ј1,5
1,6-2,0
2,1-2,5
2,6-3,0
> 3,0
Серая лесная
суглинистая
Ј2,0
2,1-2,5
2,6-3,0
3,1-3,5
> 3,5
Тёмно-серая лесная
суглинистая
Ј3,0
3,1-3,5
3,6-4,0
4,1-4,5
> 4,5
Чернозём оподзоленный
тяжелосуглинистый
Ј4,0
4,1-5,0
5,1-6,0
6,1-7,0
> 7,0