Особенности трансформации торфяных почв и их параметров плодородия в постмелиоративный период в условиях Беларуси
Оценка параметров трансформации торфяных почв Белорусского Полесья при длительном постмелиоративном периоде их сельскохозяйственного использования. Изучение содержания органического вещества, состава почвенного азота. Способы сохранения плодородия почв.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.01.2019 |
| Размер файла | 94,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Особенности трансформации торфяных почв и их параметров плодородия в постмелиоративный период в условиях Беларуси
Введение
торфяной почва плодородие
В регионе Белорусского Полесья большинство торфяных почв (площадью около 0,7 млн га) осушены более 30 лет назад и интенсивно используются в сельском хозяйстве. В результате их водно-физические, агро- и биохимические свойства, характеризующие процессы трансформации торфяного слоя и его плодородие, изменились и продолжают изменяться [1-9]. Установлено, что по истечении 10-20-летнего периода с начала осушения заканчивается активная фаза трансформации органического вещества (ОВ), а после 40-50 лет практически наступает стабилизация биохимических процессов, что подтверждают данные по ферментативной активности. Изучение изменения водно-физических свойств антропогенно-преобразованных торфяных почв показало, что по сравнению с вновь осушенной торфяной почвой в них уменьшилась полная и капиллярная влагоемкость, изменились запасы продуктивной влаги. Это связано с уплотнением торфяного слоя и особенно с припахиванием к нему подстилающей породы в ходе сельскохозяйственного использования. Таким образом, полученные в первые годы после осушения прогнозы эволюции торфяных почв и их ОВ в настоящее время требуют уточнения и существенной корректировки, которые базировались бы на новых данных, полученных на осушенных более 40 лет назад реальных объектах.
В данной работе представлены материалы обследования органогенного слоя, сформированного на месте торфяных почв различной мощности, с максимально доступными сроками сельскохозяйственного использования мелиоративных объектов.
Материалы и методы. Исследования проводили на совокупности мелиоративных объектов Белорусского Полесья: канал Бона ( 450 лет после осушения, Кобринский район Брестской области); объект «Лопатино» (исходное название - польдер Кристиново, 250 лет, Пинский район Брестской области); мелиоративная система Марьинская (исходное название - болото Марьино, 100 лет, Любанский район Минской области); Полесская опытная станция мелиоративного земледелия и луговодства (ПОСМЗиЛ, 45-50 лет, Лунинецкий район Брестской области). Торф на объектах низинный, по ботаническому составу осоково-тростниковый или тростниково-осоковый (70-80 : 30-20 %), допускаются включения остатков древесины лиственной (до 15 %). Подстилающая порода - песок. На каждом объекте были подобраны точки с содержанием ОВ более 50 %, 20-34 % и менее 10 %.
Содержание ОВ измеряли методом прокаливания (СТБ 2042-2010) СТБ 2042-2010 «Торф. Методы определения влаги и зольности».. Содержание подвижных форм фосфора и калия - по методу Кирсанова. Активность дегидрогеназы, используемую как индикатор общей микробиологической активности изучаемых почв, определяли по модифицированному методу Ленарда [10]. Фракционный состав почвенного азота устанавливали по методу Н. Н. Семененко [11]. Скорость (интенсивность) эмиссии диоксида углерода с поверхности изучаемых объектов измеряли камерным методом. Концентрацию СО2 в газовых пробах определяли на хроматографе «Кристаллюкс-4000М».
Результаты и обсуждение
На всех исследованных мелиоративных объектах в реперных точках определяли плотность структурного скелета. Установлено, что она определяется содержанием ОВ в органогенном слое и хорошо ( = 0,8447) аппроксимируется степенной зависимостью:
,
где - плотность структурного скелета, г/см3;
- содержание ОВ в органогенном слое 0-20 см, %.
Кроме того, с учетом осадки торфяного слоя при сельскохозяйственном использовании, происходящей после углублений сети при реконструкциях [12], была получена модель механической трансформации торфяных почв. Среднемощные и мощные торфяные почвы трансформировались в агроторфяные с содержанием ОВ более 50 %, а маломощные торфяные, торфянисто- и торфяно-глеевые после осадки и механического перемешивания с подстилающей песчаной породой формируют целый комплекс дегроторфяных почв с содержанием ОВ менее 50 % (рисунок 1).
Рисунок 1 - Модель механической трансформации торфяных почв (классификация почв по Н. И. Смеяну [13])
В связи с тем, что на всех объектах, независимо от длительности осушения и зоны дислокации на территории республики, были представлены почвы от агроторфяных до дегроторфяных с различным содержанием ОВ, подтверждается вывод, что этот вид трансформации заканчивается в первые годы после осушения, а в дальнейшем скорость ее значительно замедляется. Вклад механической трансформации в общее их изменение - около 80 %. При ограничении и соблюдении глубины обработки почвы (до 25 см) при сельхозиспользовании механическую трансформацию можно практически предотвратить. Кроме того, в процессе сельскохозяйственного использования происходит накопление валовых и подвижных форм фосфора и калия (таблица 1). Так, осушенные торфяные почвы региона Полесья, находящиеся в различных стадиях трансформации, в настоящее время характеризуются содержанием подвижных форм фосфора и калия 120-642 и 100-475 мг/кг соответственно.
Таблица 1 - Изменение агрохимических свойств торфяных почв различных стадий трансформации (слой 0-20 см) под влиянием сельскохозяйственного использования (ПОСМЗиЛ)
|
Почва |
ОВ, % |
Содержание |
|||||
|
Nобщ, % |
Р2О5 |
К2О |
|||||
|
валовый, % |
подвижный, мг/кг |
валовый, % |
подвижный, мг/кг |
||||
|
1956 г. (на момент осушения) [14-16] |
|||||||
|
Маломощная торфяная |
81 |
2,6-3,2 |
0,25-0,32 |
35 |
0,024-0,063 |
23 |
|
|
2009-2013 гг. (после 40 лет использования) |
|||||||
|
Маломощная торфяная (заповедник) |
84 |
3,82 |
0,32 |
- |
0,07 |
- |
|
|
Маломощная торфяная |
83 |
3,60 |
0,54 |
340-840 |
0,17 |
200-800 |
|
|
Торфяно-минеральная |
22 |
1,2 |
- |
376 |
- |
400 |
|
|
Минеральная постторфяная |
5 |
0,09 |
- |
200 |
- |
270 |
Важным показателем, характеризующим плодородие торфяных почв, является содержание доступных растениям форм азота (минерального и близкого резерва - легкогидролизуемого). Установлено, что фракционный состав почвенного азота определяется содержанием ОВ в органогенном слое 0-20 см (таблица 2). Однако для оценки плодородия торфяных почв различных стадий трансформации и различной длительности сельскохозяйственного использования необходимо оценивать запасы азота (т/га) в них с учетом всех происходящих с этими почвами изменений (осадки, уплотнения и т. д.).
Таблица 2 - Зависимости содержания и запасов азота различных фракций от ОВ (%) в антропогенно-преобразованных торфяных почвах
|
Фракция азота |
Зависимость* |
||
|
Содержание N, мг/кг |
|||
|
Валовый азот |
N = 312,85 ОВ |
0,99 |
|
|
Негидролизуемый азот |
N = 259,06 ОВ |
0,98 |
|
|
Трудногидролизуемый азот |
N = 1304,6Ln(ОВ) - 1912 |
0,84 |
|
|
Легкогидролизуемый азот |
N = 536,79Ln(ОВ) - 1009,3 |
0,93 |
|
|
Минеральный азот |
N = 1,01 ОВ |
0,66 |
|
|
Нитратный азот |
N = 0,50 ОВ |
0,82 |
|
|
Аммонийный азот |
N = 0,61 ОВ |
0,67 |
|
|
Запасы N, т/га |
|||
|
Валовый азот |
N = 0,1123 ОВ + 5,373 |
0,5829 |
|
|
Негидролизуемый азот |
N = 0,1133 ОВ + 3,0443 |
0,6902 |
|
|
Минеральный азот |
N = 0,0015 ОВ + 0,043 |
0,4094 |
|
|
Нитратный азот |
N = 0,0011 ОВ + 0,0044 |
0,8225 |
|
|
Аммонийный азот |
N = 0,0011 ОВ + 0,021 |
0,7607 |
|
|
Примечание - * - Диапазон содержания ОВ в слое 0-20 см - 3,0-90,0 % |
Так, установлено, что запасы валового, негидролизуемого, нитратного и аммонийного азота зависят от содержания ОВ в слое 0-20 см, в то время как содержание трудногидролизуемого и легкогидролизуемого N находится в одних пределах вне зависимости от стадии трансформации торфяной почвы (таблица 2).
Кроме того, отмечено, что запасы (т/га) валового, негидролизуемого, минерального, нитратного и аммонийного азота в торфяных почвах различных стадий трансформации изменяются в 1,5-2,0 раза, а не в 4-5 раз, как его содержание (мг/кг).
Выявлено, что качественный состав пула азота зависит от стадии трансформации торфяных почв. Основная часть N представлена фракцией негидролизуемого (47-87 % от валового N), который практически не участвует в биологическом круговороте. Чем выше содержание ОВ, тем выше доля негидролизуемого азота. Содержание фракции трудногидролизуемого N (отдаленного резерва в питании растений) находилось в пределах 12-53 % от валового и было в 2,7-3,7 раза выше по сравнению с легкогидролизуемым N. Отмечена обратная зависимость: чем выше содержание ОВ, тем ниже доля трудногидролизуемого N. Аналогичная тенденция отмечена для легкогидролизуемого и минерального азота. Однако минеральный N был менее вариабелен в зависимости от валового. Его доля колебалась в пределах 0,19-0,39 %. Четкой зависимости доли аммонийного и нитратного азота в общем пуле почвенного N от ОВ не выявлено.
В ходе исследований по оценке эмиссии углекислого газа и общей микробиологической активности (выраженной через активность дегидрогеназы) на разновозрастных объектах не установлена их связь с длительностью сельскохозяйственного использования. На эмиссию СО2 в некоторой степени оказывает влияние способ сельскохозяйственного использования. Оно может как интенсифицировать ее, так и по различным причинам, связанным с технологическими моментами, тормозить этот процесс. Так, при одинаковом содержании ОВ (87-93 %) на объектах после 40 лет использования (ПОСМЗиЛ, травы) и после 100 лет (объект «Марьинский», картофель) интенсивность выделения СО2 была в одних пределах и составила (1360 ± 142) и (1052 ± 426) мг С/(м2·ч) соответственно.
При содержании ОВ в пределах 75-80 % и сравнимой влажности почвы (27-36 вес. %) в севообороте под ячменем (польдер Кристиново) эмиссия СО2 в среднем в 1,3-1,6 раза выше, чем в заповеднике или под бессменной культурой трав. Однако минимальные и максимальные значения на этих объектах перекрываются, отражая лишь тенденцию к ее увеличению в севообороте.
При содержании ОВ 50-65 % и влажности 33-44 вес. % эмиссия варьировала от (556 ± 47) мг С/(м2·ч) на объекте с 100-летним использованием в севообороте под картофелем до (1190 ± 104) и (1133 ± 123) мг С/(м2·ч) под травами на объектах 250 и 450 лет сельскохозяйственного использования соответственно.
Таким образом, под пропашными культурами эмиссия СО2 не возрастает в разы, а находится в одинаковых пределах с эмиссией под травами. Возможно, из-за большого количества корневых и пожнивных остатков под последними, процессы минерализации которых выше, чем в севооборотах, интенсивность выделения углекислого газа также выше, т. е. в агроторфяных почвах после 40 лет сельскохозяйственного использования минерализации подвергается свежее ОВ растительных остатков, которых много и под травами, и на слабо осушенных болотах с естественной растительностью.
При содержании ОВ 12-21 % (влажности 2-16 вес. %) под кукурузой на 40-летнем объекте эмиссия такая же, как под травами на 450-летнем объекте [(999 ± 104) и (958 ± 218) мг С/(м2·ч)]. Возможно, потенциальная эмиссия СО2 в севообороте под кукурузой должна быть выше, но она лимитируется почвенно-гидрологическими условиями, создаваемыми при ее возделывании [17]. На польдере Кристиново (250 лет использования) под многолетними травами эмиссия СО2 составила (1990 ± 104) мг С/(м2·ч), т. е. в 1,75 раза выше, чем под аналогичными травами на канале Бона. Анализ данных показал, что на польдере Кристиново эмиссия СО2 выше по сравнению со всеми объектами независимо от содержания в них ОВ.
В ситуации, когда содержание ОВ в органогенном слое опускается ниже 5 %, снижается и эмиссия СО2. Лимитирующим фактором в этом случае может быть снижение весовой влажности почвы до 0,5-0,7 %. При более высокой влажности (6,8 %) на 450-летнем объекте (канале Бона) интенсивность выделения СО2 была в среднем в 1,4-1,5 раза выше по сравнению с 40-летним объектом (ПОСМЗиЛ). Однако это незначительное варьирование может быть связано с видовым разнообразием возделываемых на объектах культур.
В целом закономерности общей микробиологической активности, выраженной через интенсивность дегидрогеназы, согласуются с полученными по эмиссии СО2 [18]. Оба эти показателя являются индикаторами общей микробиологической активности и отражают интенсивность трансформации ОВ, которые также зависят от содержания ОВ в органогенном слое.
Выводы
В процессе сельскохозяйственного использования торфяные почвы претерпевают ряд изменений. Улучшаются их водно-физические, агро- и биохимические свойства. Они трансформируются в ряд почвенных разновидностей с различным содержанием ОВ. При этом возрастает содержание подвижных форм фосфора и калия, которое зависит от уровня агротехники. Запасы почвенного азота в органогенном слое почвы 0-20 см относительно стабильны по стадиям трансформации торфяных почв. Азотный режим почв определяется не длительностью их сельскохозяйственного использования (на каждом объекте представлены почвы от агроторфяных до минеральных остаточно-торфяных с низким содержанием ОВ или постторфяных), а степенью их трансформации, которая зависит от первоначальной мощности торфяной залежи.
В торфяных почвах с содержанием ОВ более 60 % эмиссия СО2 с поверхности не зависит ни от длительности сельскохозяйственного использования, ни от возделываемой культуры. Снижение содержания ОВ в почвах до 5-10 % приводит к снижению эмиссии в 2-10 раз. Отмечено, что эмиссия СО2 связана с почвенной влажностью, которая может значительно ее лимитировать. При трансформации торфяных почв снижаются их водоудерживающие свойства, что нелинейно влияет на минерализацию. Кроме того, не получено достоверных различий между эмиссией СО2 под травами и кукурузой, картофелем или зерновыми. Полученные зависимости эмиссии СО2 и активности дегидрогеназы с поверхности торфяных почв различных стадий трансформации свидетельствуют о возможности характеризовать трансформацию их ОВ двумя показателями или использовать только ферментативную активность как наиболее доступный.
Таким образом, на длительном лаге постмелиоративного периода торфяные почвы приобретают ряд позитивных свойств, позволяющих без ограничений вести на них высокопродуктивное производство. При этом современные подходы обеспечивают сохранение их плодородия за счет предотвращения дефляции и минерализации ОВ. Уровень производительной способности торфяных почв различных стадий трансформации может достигать 10 тонн кормовых единиц на гектар.
Список литературы
торфяной почва плодородие
1 Трыбиc, В. П. Количество СО2 в почвенном воздухе и урожай растений / В. П. Трыбиc, В. М. Пятницкий // Вести АН БССР. Серия сельскохозяйственных наук. - 1977. - № 1. - С. 40-42.
2 Физико-химические свойства торфяно-болотных и заболоченных почв БССР и их изменения под влиянием мелиорации и сельскохозяйственного освоения / И. С. Лупинович [и др.] // Основные результаты научно-исследовательской работы Института мелиорации за 1956 г. - Минск, 1957. - С. 3-6.
3 Биологическая активность маломощных торфяных почв и ее изменение под влиянием мелиорации и освоения / Т. А. Щербакова [и др.] // Проблемы Полесья. - Минск, 1975. - Вып. 4. - С. 228-247.
4 Что надо знать об обработке торфяных почв / Г. Д. Белов [и др.]. - Минск: Урожай, 1978. - 56 с.
5 Характеристика торфяно-болотных и заболоченных почв Белорусской СССР / И. С. Лупинович [и др.] // Некоторые результаты научно-исследовательской работы института за 1955 г. - Минск, 1956. - С. 30-45.
6 Семененко, Н. Н. Влияние осушения и сельскохозяйственного использования на трансформацию химического состава торфяных почв / Н. Н. Семененко // Мелиорация. - 2009. - № 2(62). - С. 147-152.
7 Лихацевич, А. П. Изменение свойств маломощной торфяной почвы в процессе многолетнего сельскохозяйственного использования / А. П. Лихацевич, Н. М. Авраменко, В. В. Ткач // Вести Академии наук Беларуси. Серия аграрных наук. - 2011. - № 2. - С. 60-65.
8 Русак, Т. И. Влажность устойчивого завядания на старопахотных торфяных почвах Полесья / Т. И. Русак, Э. Н. Шкутов // Мелиорация. - 2008. - № 2(60). - С. 154-162.
9 Assessing greenhouse gas emissions from peatlands using vegetation as a proxy / J. Couwenberg [et al.] // Hydrobiologia. - 2011. - № 674. - P. 67-89.
10 Хазиев, Ф. Х. Методы почвенной энзимологии / Ф. Х. Хазиев. - М.: Наука, 1990. - 178 с.
11 Семененко, Н. Н. Агрохимические методы исследования состава соединений азота, фосфора и калия в торфяных почвах / Н. Н. Семененко. - Минск: Белорусская наука, 2013. - 78 с.
12 Лученок, Л. Н. Влияние мелиорации на трансформацию и плодородие торфяных почв Беларуси / Л. Н. Лученок, Э. Н. Шкутов // Мелиорация и водное хозяйство XXI века: проблемы и перспективы развития: материалы междунар. науч.-практ. конф., г. Тверь (Россия) / ФГБНУ ВНИИМЗ. - 2014. - Кн. I. - С. 58-63.
13 Смеян, Н. И. Классификация, диагностика и систематический список почв Беларуси / Н. И. Смеян, Г. С. Цитрон; РУП «Институт почвоведения и агрохимии». - Минск, 2007. - 220 с.
14 Белковский, В. И. Плодородие и использование торфяных почв / В. И. Белковский, В. М. Горошко. - Минск: Урожай, 1981. - 295 с.
15 Жилина, В. С. Динамика микроэлементов при осушении и использовании торфяно-болотных почв / В. С. Жилина, В. И. Белковский, А. Сапек // Мелиорация и использование торфяников Полесья: сб. науч. тр. - Минск, 1975. - С. 95-99.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Факторы и процессы почвообразования, структура почвенного покрова объекта исследований, основные типы почв. Детальная характеристика почвенных контуров, их соотношение на исследуемой территории. Оценка плодородия почв и его лесоводческое значение.
курсовая работа [93,1 K], добавлен 12.11.2010Особенности плодородия почв Башкортостана. Оптимальные параметры состава, свойств земли. Факторы, лимитирующие плодородие грунта. Факторы продуктивности фитоценозов и урожайности сельскохозяйственных культур. Методики исследования плодородия почв.
реферат [38,4 K], добавлен 07.12.2008Рассмотрение плодородия почвы как способности удовлетворять потребности растений в элементах питания и воде. Виды плодородия почв, роль гумуса. Изучение плодородия почв с помощью космических методов. Обзор динамики свойств почвы Чувашской республики.
курсовая работа [32,2 K], добавлен 29.03.2011Материнские породы и грунтовые воды. Зональные факторы почвообразования. Определение возраста почв. Агрометеорологические показатели района за 1961–2001 годы. Растительность и животные организмы. Биологические и агрохимические показатели плодородия почв.
курсовая работа [58,3 K], добавлен 07.04.2012Органическое вещество почв и его изменение под влияниянием сельскохозяйственного использования. Структурно-агрегатный состав черноземов при системе орошения. Методика определения содержания и состава легкоразлагаемого органического вещества почв.
дипломная работа [210,6 K], добавлен 23.09.2012Природно-географическая характеристика территории Болградского района. Методика проведения работ по эколого–агрохимическому обследованию и оценке почв и земель. Особенности гумусного состояния. Обоснование мероприятий по повышению плодородия почв.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 12.11.2014Влияние ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур на агрофизические и агрохимические факторы плодородия почв в агроклиматических условиях Западного Казахстана. Оценка накопления азота, фосфора на фоне различных приемов обработки почвы.
диссертация [54,0 K], добавлен 09.12.2013Деградация лесов и растительности. Изменение видового состава растений. Функции леса, эксплуатационные и деградированные леса. Изучение состояния растительного и почвенного покрова, исследования почв. Ухудшение плодородия, дефляция и эрозия почв.
реферат [277,9 K], добавлен 20.07.2010Выявление влияния плодородия дерново-подзолистых почв на ее нитрификационную способность. Определение агрохимических свойств дерново-подзолистых почв и расчет индекса окультуренности почв. Анализ влияния плодородия на содержание NPK в зерне и соломе.
курсовая работа [51,8 K], добавлен 09.12.2013Изучение почвенного покрова страны. Характеристика почвенного покрова и почв. Краткая характеристика процессов почвообразования. Составление агропроизводственной группировки почв. Мероприятия по улучшению плодородия. Размещение и специализация хозяйств.
курсовая работа [62,0 K], добавлен 19.07.2011Природные условия почвообразования: климат, рельеф, почвообразующие породы, растительность, гидрология и гидрография. Мероприятия по повышению плодородия почв, рекомендации по их использованию. Агропроизводственная группировка и бонитировка почв.
курсовая работа [54,2 K], добавлен 22.06.2013Методика агрохимического обследования. Почвенно-климатические условия. Гумусовое состояние почв. Содержание азота, фосфора, калия, микроэлементов. Кислотность почв. Динамика содержания гумуса, фосфора и калия в почвах пашни по годам обследования.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 25.07.2015Мониторинг плодородия земель на примере СПК "Михайловское". Агроклиматическая и почвенная характеристика района хозяйства. Структура посевных площадей и севообороты. Резервы местных удобрений. Особенности моделирования плодородия почв хозяйства.
курсовая работа [114,0 K], добавлен 25.01.2014Характеристика почвенного покрова области. Гранулометрический состав, физические свойства, структурное состояние и оценка почв. Типы гумуса, их роль в почвообразовании. Расчёт бонитета почв и запасов продуктивной влаги в них. Пути сохранения плодородия.
курсовая работа [88,7 K], добавлен 11.06.2015Природные условия и характеристика СПК "Урняк". Географическое распространение почв севооборотной площади. Типы почв, их генезис, морфологические признаки, состав, степень эрозии и пути повышение их плодородия. Агропроизводственная группировка почв.
курсовая работа [73,3 K], добавлен 31.01.2011Значение почвенного расствора в генезисе почв и их плодородии. Методы его выделения, формирование химического состава и динамика концентрации. Окислительно-восстановительные процессы в почвах. Мероприятия по созданию искусственного плодородия почв.
курсовая работа [44,2 K], добавлен 18.10.2009Плодородие – важнейшее свойство почвы, его виды. Свойства почв тяжелого и легкого гранулометрического состава. Роль растений, бактерий, грибов и актиномицетов в образовании гумуса. Классификация, свойства и повышение плодородия дерново-подзолистых почв.
контрольная работа [28,7 K], добавлен 25.10.2014Генезис, свойства и морфология почв. Значение органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений. Факторы, определяющие биопродуктивность агроэкосистем. Содержание, запасы и состав гумуса как показатели почвенного плодородия.
курсовая работа [157,3 K], добавлен 20.01.2012Описание почвообразующих пород, поверхностных, грунтовых вод и растительности. Изучение почвенного покрова хозяйства, морфогенетическое описание основных типов и подтипов почв. Осуществление качественной оценки почв и агропроизводственной группировки.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 05.12.2022Общие сведения о совхозе "Бутчинский" Калужской области. Характеристика почвообразования на территории хозяйства. Агропроизводственная группировка почв, мероприятия по их рациональному использованию. Оптимизация показателей почвенного плодородия.
курсовая работа [100,9 K], добавлен 04.02.2014
