Органическое вещество и плодородие почв

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Органическое вещество и плодородие почв

1.1 Органическое вещество почвы

Органическое вещество, гумус почв - это сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков растительного и животного происхождения. Решающая роль в его накоплении принадлежит остаткам травянистой растительности, особенно их корневым системам.

Органическое вещество, которое содержится в почве неоднородно. В его состав входят следующие группы: малоразложившиеся и неразложившиеся органические остатки с сохранившейся структурой; промежуточные продукты разложения органических остатков; собственно гумусовые вещества. органический вещество почва урожайность

Гумус более устойчив к разложению и значительно медленнее, чем свежее органическое вещество, минерализуется под воздействием почвенных микроорганизмов. По средним данным, скорость его разложения в почве составляет менее 1% в год.

Под влиянием микроорганизмов свежее органическое вещество разлагается в почве с выделением газообразных продуктов распада (CO₂, NH₄и др.), а также минеральных солей и кислот, в том числе нитратов. Полнота разложения - 70-80% органической массы в первые 1-2 года. Остальные 20-30% свежего органического вещества подвергаются гумификации с образованием гумусовых веществ, которые составляют 80-90% всей органической части почвы.

В. Р. Вильямс в агрономических целях различал деятельный и недеятельный почвенный перегной (гумус). К первому он относил свежий перегной, образующийся под культурой на полях луговых растений (многолетних трав). Такой перегной насыщен кальцием, не растворим в воде и способен возобновлять прочную комковатую структуру. Недеятельный (старый) перегной утрачивает структурообразующие свойства[6].

В других работах, на основании тех же подходов, почвенный гумус подразделяется на активный и пассивный [58].

Содержащиеся в почве в различной степени гумифицированные остатки растений и органических удобрений иногда еще называют «грубым» гумусом и количественно определяют его как разность между содержанием углерода в образцах без отбора и с отбором корешков. При этом различия в содержании гумуса достигают больших величин [1].

По данным лаборатории гумуса ВНИПТИОУ средняя разница в содержании органического углерода в образцах почвы, отобранных с отбором и без отбора тонких корней и видимых остатков органических удобрений достигала на пахотных почвах - 0,44% С, на сенокосах и пастбищах - 0,77% или 36-37% от общего количества углерода в почвах [51].

При воспроизводстве органического вещества почвы большое значение имеют не только конечные параметры гумусового баланса почвы, но также объемы превращений органического вещества в ней в течение определенного времени (вегетационный период, годовой цикл, ротация севооборота), а также его вещественная и энергетическая ценность.

При недостаточном поступлении в почвы послеуборочных остатков, органических удобрений в них снижается содержание наиболее pазлагаемой части органического вещества, которая определяет жизнь почвы, ее важнейшие агрономические свойства и эффективное плодородие. В этой связи для объективной агрономической оценки гумусового состояния почв возникает необходимость учета в почвах не только общего гумуса, но также свежих и полугумифицированных растительных остатков.

Свежему органическому веществу также отводится значительная роль в обеспечении растений элементами питания. Полугумифицированные органические вещества, рассчитываемые по разности между содержанием общего (определяемого по методу Тюрина) и стабильного (по методу Шпрингера) гумуса, называют "детритом". Ряд исследователей к детриту относит количество органического вещества, определяемого при отмывании полугумицированных растительных остатков на сите 0,25 мм. Содержание его по усредненным данным составляет в дерново-подзолистых почвах около 25%, в черноземах - до 40% общего гумуса.

В последнее время возрастает интерес исследователей к агрономической оценке органического вещества почвы, которое предлагается разделять на две группы: устойчивые (консервативные) и лабильные (легкоразлагаемые). К устойчивым относят большую часть гумусовых веществ, частично лигнин и его производные, некоторые полисахариды. Они существуют в почвах coтни и тысячи лет, слабо вовлекаются в минерализацию и обуславливают устойчивые свойства почв, придающие ей типовые признаки: цвет, структуру, емкость поглощения, потенциальные запасы элементами питания. Группа лабильных соединений включает низко- и среднемолекулярные углеводы, аминокислоты и пептиды, новообразованые гуминовые и фульвокислоты и т.д. Они сравнительно легко минерализуются почвенной микробиотой, служат источниками элементов питания, энергетического материала, физиологически активных веществ, участвуют в формировании агрономически ценной структуры, обогащают при минерализации приземный слой атмосферы СО₂.

Находящиеся в почве растительные остатки проходят следующие стадии разложения:

Растительные остатки

Гидрофильная стадия разложения

Гидрофобная стадия разложения

Ионно - молекулярная стадия разложения (минерализация)[51].

В зависимости от стадии разложения органическое вещество характеризуется и различными свойствами.

Первая стадия гумификации (разложения) характеризуется гидрофильностью, возникающей как за счет продуктов разложения растительных остатков, так и за счет разложения самих микроорганизмов. Отличительным свойством гидрофильных коллоидов является клейкость, поэтому, гидрофильный гумус обладает способностью оструктуривать почву. Кроме того, подвергаясь воздействию микроорганизмов, он с одной стороны, является источником образования специфических гумусовых веществ, а с другой стороны - фондом снабжения растений необходимыми элементами питания.

Органическое вещество гидрофильной стадии наиболее чувствительно к микробиологическим и химическим изменениям. Однако отмечается, что внесение навоза даже в дозах 60 т/га не увеличивает гидрофильность и что навоз характеризуется скорее гидрофобными свойствами, чем гидрофильными, что можно объяснить большой долей в составе органического вещества навоза уже полностью сформировавшихся гумусовых веществ.

Обогащение органического вещества почв гидрофильными коллоидами является косвенным показателем его активности. В условиях ландшафтного земледелия гидрофильное органическое вещество играет особенно важную роль в оптимизации водно-физических и трансформационных свойств почв, а следовательно, в повышении их эффективного плодородия [39].

Лабильные (подвижные) гумусовые вещества наиболее чувствительны к воздействию агротехнических приемов, они - ближайший источник питания растений и, таким образом, в большей степени определяют эффективное плодородие почвы. Так, лабильные гумусовые вещества почвенного раствора влияют на рост и формирование корневой системы и, соответственно, на поступление воды и питательных веществ в растение.

Недостаток лабильного органического материала вызывает неизбежную минерализацию органического вещества почвы и прогрессирующее снижение содержания гумуса. Поэтому внесение в почвы свежих растительных остатков сохраняет гумус.

Концентрацию органических веществ в почвенном растворе увеличивают не только органические, но иногда даже в большей степени (в 2 - 3 раза) - высокие дозы минеральных удобрений [18].

Все это позволяет судить о том, что гумус является одним из важнейших факторов повышения культуры современного земледелия, обеспечения экологической устойчивости агроценозов, основы плодородия почв и высоких урожаев. Поэтому в обеспечении расширенного воспроизводства плодородия задача регулирования содержания гумуса в почве и особенно накопления его активных форм, является одной из основных.

1.2 Влияние органического вещества на свойства почв

Исследователи признают ведущую роль органического вещества в формировании почвенного плодородия, снабжении энергетическим материалом почвенной микробиоты и растений, снижении токсикологических последствий химического загрязнения почв тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами и другими токсикантами, повышении устойчивости земледелия при неблагоприятных погодных условиях.

Известно многостороннее положительное влияние гумуса на агрохимические, физико-химические, тепловые, технологические свойства, биологическую активность почв.

В сложном аспекте органических веществ центральное место занимают специфические соединения: гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК). Низкомолекулярные (ФК) вещества, как правило, легко доступны микроорганизмам и участвуют в процессах мобилизации минеральных компонентов почвы, извлекая многие элементы из труднорастворимых соединений. Гуминовые кислоты более консервативны и придают почвам признаки, устойчивые во времени и обусловливают их многие важнейшие свойства и функции: запас гумуса, емкость катионого обмена, буферность и т.д. [31].

Д.И. Прянишников постоянно подчеркивал большое значение органического вещества почвы в регулировании ее физических свойств, буферности, устранении возможного отрицательного влияния минеральных удобрений на свойства почвы [52].

Большой вклад в учение об органическом веществе и участии его в плодородии почвы в более поздний период внесли исследования И.В. Тюрина [60].

Фокин А.Д. указывает, что органическое вещество влияет на поведение любых элементов, поступающих в почву извне. Так, хотя известно, что на более гумусированных почвах действие удобрений менее выражено, однако оно пролонгировано во времени, т.к. обнаруживается более длительное их последействие по сравнению с почвами, обедненными органическим веществом с низкой сорбционной емкостью. Кроме того, на почвах хорошо гумусированных значительно снижаются потеря элементов минерального питания удобрений в результате миграционных процессов [61].

Л.K. Шевцова указывает также на акцепторную роль гумуса в закреплении избыточного количества вносимых в почву минеральных и органических веществ, что предохраняет от вымывания водорастворимые элементы питания и способствует более равномерному в течение всего вегетационного периода обеспечению ими растений [40].

Гумусовые вещества играют также важную роль в сорбции гербицидов, в снижении токсичного действия тяжелых металлов, с которыми они образуют трудно и нерастворимые высокомолекулярные комплексные соединения, что смягчает их токсичное воздействие на почвенные микроорганизмы, сокращает поступление вредных веществ в растения.

Органическое вещество - важный источник элементов питания для растений. Основная часть азота в почве (до 90 %) находится в различных специфических гумусовых веществах и лишь небольшая часть его - в негумуфицированных органических и минеральных соединениях. На долю органических соединений фосфора приходится 30-40 % и более, а на долю органических соединений серы - до 90 % общего содержания этих элементов в почве. Кроме того, в состав органического вещества почвы входяттакие важнейшие элементы, как калий, кальцин, магний, железо и многие микроэлементы [46].

Гумусовые вещества являются регуляторами минерального питания растений. Временно закреплённые элементы питания постепенно переходят в доступную для растений форму, равномерно на протяжении всей вегетации, обеспечивают растениям необходимыми для их питания соединениями.

Немаловажную роль играют гумусовые вещества почвы в обеспечении защитного действия на ионы фосфора, калия и других элементов, предохраняя их от необратимого закрепления почвенными минералами. Гуминовые вещества, обволакивая поверхность минералов, препятствую сорбции фосфатов.

Гумусовые вещества способствую в кислых почвах мобилизации элементов минерального питания из труднорастворимых удобрений [49].

Гумусовые вещества почвы является источником энергии и питания для почвенных микроорганизмов. В них сосредоточены огромные запасы энергии. Только для гумусовых кислот эта величина оцениваемся в 3*10¹⁸ ккал.

Лыковым A.M. найдена тесная положительная корреляционная связь между интенсивностью продуцирования почвой углекислоты и содержанием в почве органического вещества (r = +0,73), количеством микроорганизмов и уровнем дыхания почвы (г = + 0,78) [46].

Гумусовые вещества, являясь превосходным субстратом для развития анаэробных бактерий, усиливают биологическую активность почвы и таким образом ускоряют мобилизацию питательных соединений для растений [43].

Гумус играет огромную роль в улучшении физических и физико- химических свойств почв. В работах кафедры земледелия ТСХА установлена тесная взаимосвязь на легкосуглинистой дерново-подзолистой почве между содержанием гумуса и водопрочностью агрегатов (r = + 0,62), тесная отрицательная связь между гумусом и объемной массой почвы (r = - 0,63). Количество и качественный состав гумуса, по их данным, определяю наряду с минералогическим составом и обменными катионами, характер набухаемости почвы [49].

По данным сотрудников Почвенного института им. В В. Докучаева и ряда зарубежных исследователей, увеличение количества органического углерода на 0,1 % способствует снижению плотности почвы на 0,01 % г/см. При критическом уровне уплотнения последнее может быть связано с увеличением урожая зерновых на 0,6-1,4 ц/га. [4, 71].

Гумус увеличивает полезную влагоемкость почв: прибавка его количества на 0,8 % при разных уровнях содержания от 2 % до 4 % приводит к увеличению доступной влаги на 6-7 л/м².

Высокие показатели корреляции между содержанием гумуса и водопроницаемой способностью, предельной полевой влагоемкостью среднесуглинистых дерново-подзолистых почв Пермской опытной станциипоказаны Поповой С.И. и др. [36].

Амcус Ф. исследуя роль органической и минеральной части почвы в обеспечении ее важнейших физических свойств, показали, что органическая часть почвы, обладая мощной водоудерживающей способностью, может связать в 7-10 раз больше воды, чем минеральная. На каждый процент гумуса в почве влагаемкость повышается на 8-10 весовых процентов. Этоособенноважнодлялегкихпочв [70].

Для тяжелых почв - положительная роль гумуса определяется его влиянием на рыхлость, аэрацию, устранение избыточной влажности.

Хорошо известна роль гумуса в структурообразовании. Взаимодействие органического вещества почвы и минеральных ее компонентов приводит к формированию простых гетерополярных солей, комплексно-гетерополярных солей, сорбционных комплексов, в формировании которых, как показала Л.Н. Александрова, принимают участие также хемосорбционные и адгезионные формы связи [1]. Эти виды взаимодействия лежат в основе важнейших механизмов структурообразования. Органические вещества, пропитывая почвенные агрегаты, склеивают механические элементы и придают водопрочность структурным отдельностям. Обволакивая минеральные частицы, гумусовые вещества изолируют их от воздействия почвенных растворов, повышают их устойчивость к внутрипочвенному выветриванию[46].

Присутствие в почве даже относительно небольшого количества гумусовых веществ, входящих в состав органоминеральных и органических коллоидов, повышает ее поглотительную способность в результате емкости обмена гумусовых кислот. Если емкость катионного обмена минеральных коллоидов чернозема составляет 70-90, то органоминеральных - 150-200, а органических - 400-500 мг-экв. на 100г почвы. В среднем емкость катионного обмена гумуса в 10 раз больше, чем минеральной части почвы. Так, в выщелоченном черноземе, несмотря на то, что гумус составлял менее десятой части массы верхнего горизонта, из общей емкости обмена, равной 57,9 мг-экв., емкость органической части была 34 мг-экв., а минеральной - лишь 19 мг-экв. на 100г. почвы. В почвах легкого механического состава роль гумусовых веществ в формировании поглотительной способности еще значительнее. По данным немецких ученых, увеличение содержания углерода в органическом веществе песчаных почв с 0,28 до 0,54% повышало емкость катионного обмена на 30-34%. На каждые 0,1% углерода она возрастала на 0,4 мг-экв на 100 почвы, а влагоемкость - на 0,3-0,8% [34, 71].

В условиях широкого внедрения интенсивных технологий, когда применяются высокие дозы минеральных удобрений в комплексе с химическими средствами защиты растений, санитарно-защитные функции органического вещества значительно повышаются. Особое значение приобретают такие его свойства, как способность быстро трансформировать высокие концентрации минеральных солей, поглощать и инактивировать многие токсичные элементы [23, 24].

Совокупное воздействие накапливающихся органических веществ обычно приводит к повышению почвенного плодородия, и высокое содержание гумуса часто является первым признаком плодородной почвы, что показано ещё В. В. Докучаевым. В последнее время найдены многочисленные зависимости между уровнем плодородия почвы, уровнем урожая и составом, содержанием гумуса [9].

Несмотря на многоплановую роль гумуса в плодородии почв, по мнению некоторых ученых он также вызывает некоторые отрицательные влияния. Так называемые агрессивные фракции почвенного гумуса, к которым относятся главным образом, фульвокислоты, активно воздействуют на почвенные минералы, способствуя не только подвижности элементов питания растений, но и вызывая, в определенной экологической обстановке, процессы оподзоливания.

1.3 Влияние содержания органического вещества в почвах на урожайность сельскохозяйственных культур

Выявление связи содержания гумуса с урожаем сельскохозяйственных культур является весьма сложной задачей и пока плохо поддается математическому выражению. По мнению некоторых авторов, прямое действие гумуса проявляется только при неблагоприятных условиях роста и развития растений (засуха, затопление, отсутствие питательных веществ и т. д.) [79]. С этим связано, по-видимому, то, что многими авторами не было выявлено тесной связи между содержанием гумуса и урожаем сельскохозяйственных культур [11, 40].

Очевидно, решающую роль играет не только общее содержание углерода, но и качественное состояние opганического вещества, его способность активно участвовать в почвенных биохимических процессах, обеспечивающих, с одной стороны условия для быстрой трансформации высоких концентраций минеральных солей, а с другой - мобилизацию необходимых растениям питательных элементов. Кроме того, в современных условиях интенсивного земледелия приобретает особое значение роль гумуса в улучшении физических и водных свойств почвы, что, в конечном счете, ведет к повышению почвенного плодородия.

Исследования Свердловской агрохимической зональной лаборатории на почвах различных типов показали, что урожай зерновых и картофеля при внесении РК (фон) возрастал от низко- к высокогумусированным почвам. Увеличение урожаев зерновых при внесении азотных удобрений также росло по мере перехода к более гумусированным почвам. Урожай зеленой массы кукурузы при внесении N₁₈₅P₉₀К₄₅ на разных почвах был тем выше, чем большим исходным плодородием характеризовалась почва [36].

Гумус оказывает на урожай культур прямое и косвенное влияние. Прямое влияние обусловлено использованием растениями содержащихся в гумусе азота и других питательных веществ, освобождающихся при его минерализации, косвенное - в улучшении условий произрастания на более гумусированных почвах и в повышении коэффициентов использования питательных веществ удобрений.

В длительном микрополевом опыте ВНИПТИОУ выявлено, что урожайность зерновых и пропашных культур без применения минеральных удобрений возрастала пропорционально увеличению содержания в почве гумуса. В то же время при применении органоминеральной системы удобрений кривая роста урожая выходит на плато при содержании гумуса 2,4%, а для бобовой культуры - клевера оно не имело существенного значения [51].

Наибольшая прибавка и оплата как минеральных, так и органических удобрений урожаем получены при исходном уровне гумусированности почвы 1,5%. При этом, если оплата 1 кг минеральных удобрений незначительно изменялась с ростом содержания гумуса в почвах, то эффективность навоза снижалась на высокогумусированных в 1,6-2,9 раза.

Одним из методов выявления роли органического вещества в плодородии почв и повышении урожайности культур является сравнение эффективности различных систем удобрений (органической, органоминеральной и минеральной) в длительных полевых опытах. При выравнивании систем удобрений по количеству питательных веществ, различия в действии систем удобрений обусловлены количеством органического вещества, поступающего с удобрениями.

На черноземах бывшей Мироновской опытной станции длительное сравнение разных систем удобрения, применяемых в высоких дозах, показало, что «навозная» система по сравнению с «минеральной» и «сметанной» обеспечила получение наиболее высоких урожаев и, чго не менее важно, их устойчивый рост во времени [32].

На дерново-подзолистых почвах в аналогичных длительных опытах в льняном севообороте преимущество оставалось за системой удобрений с использованием навоза и навоза совместно с NPK[48].

В ряде длительных опытов применение навоза и минеральных удобрений свидетельствует о примерно равном влиянии обоих видов удобрений на урожаи полевых культур. Укажем, что в дальнейшем, по достижении некоего временного рубежа (длительности опытов) положение меняется. На Ротамстедской опытной станции, начиная с определенного времени урожаи ячменя и пшеницы при унавоживании достоверно превышают урожаи тех же культур при примерно эквивалентном внесении минеральных удобрений и извести [33].

Классическим примером особой эффективности навоза являются урожайные данные, полученные для одной из делянок бессменного ячменя на поле Хусфилд. На этой делянке навоз вносили первые 20 лет опыта, затем его внесение было прекращено. В течение последующих 65 лет опыта, несмотря на полное отсутствие удобрений, урожай на этой делянке был выше урожая контрольной делянки (без удобрений с начала опыта) в среднем на 6,3 ц/га [36].

По данным Г.Кольбе, урожаи ржи в опыте «Вечная рожь» (Галле) за 1964-1968 гг. по отношению к урожаю в первый год опыта (1878 г.) при унавоживании (12 т/га ежегодно) составили 112,6 %, а при внесении минеральных удобрений (N₄₀P₄₀K₉₀) только 85,9 %, хотя в целом за 90 лет опыта урожаи на NPK - делянке выше.

Поданным Е. Шульце положительное действие навоза по сравнению с внесением NPK в 36-летнем опыте в Дикопсгофе составило 18%. В дополнительно проведенных опытах при внесении уже высоких доз минеральных удобрений оно составило 12-14 % [1].

По данным О.Торнау, в Геттингснском длительном опыте при внесении только минеральных удобрений урожаи в течение 50 лет поддерживались на стабильном уровне; в последующие 15 лет снижение урожаев составило 10 % [36].

В. Лаач, ссылаясь на Е. Митчерлиха, утверждает неизбежность падения урожаев при систематическом применении NPK и исключении из системы удобрения навоза или других органических материалов. Автор считает, что в интенсивном земледелии речь может идти только о более полной замене минеральных удобрений навозом, а ни в коем случае - наоборот [60].

По С. Энену, увеличение урожаев при внесении высоких доз минеральных удобрений но фону органических подтверждает большое косвенное влияние гумуса па плодородие почвы. Это влияние будет возрастать по мере дальнейшей интенсификации земледелия [1].

Ф. Секера, заботу о поддержании определенного уровня гумусированности в плодородной почве связывает с тем, что в земледелии происходит противоестественное вторжение в жизнь почвы как природного, развивающегося тела. Без органического вещества невозможен высокий уровень превращения энергии в почве, а, следовательно, и высокая продуктивность почвы [45].

Е. Вельте считает сегодняшний высокий уровень продуктивности земледелия результатом взаимодействия цепи факторов, первое звено которой - минеральные удобрения, а последнее - постоянное обеспечение почвы гумусом. Гумус в почве обладает глобальной регуляторной функцией, которая тем выраженнее, чем менее благоприятны свойства почвы и условия местообитания. Ф. Шеффер особое влияние органического вещества в интенсивно используемой почве связывает с его косвенным влиянием на плодородие почвы [36].

2. Влияние окультуривания и применения удобрений на содержание и качественный состав органического вещества почв

Сельскохозяйственная деятельность приводит к значительному изменению гумусового состояния пахотных почв, по сравнению с целинными аналогами. Многие авторы указывают на продолжающееся снижение содержания гумуса в почвах различных зон.

За 30 лет интенсивной эксплуатации почв Саратовской области содержание в них гумуса снизилось с 7,0 до 6,5%, а в целом по Центрально-Черноземной зоне - с 5,6 до 5,1% [41].

В Башкортостане почвы за время их сельскохозяйственного использования утратили около 20% гумуса. Ежегодная его потеря составляет в среднем 300 кг/га [49].

По мнению ведущих почвоведов, за последние 100 лет запасы органического вещества в черноземах нашей страны уменьшились в два раза [28, 29]. К таким же выводам пришла Г.С. Макунина. Согласно ее расчетов общие потери гумуса на всей площади сельскохозяйственного освоения черноземов составили около 40% [37].

В 40-50-х годах большое внимание проблеме органического вещества почвы (динамике при земледельческом использовании почвы, связи урожайности с содержанием в почве гумуса и др.) уделяют американские и канадские исследователи. Г. Иенни, Л. Томпсон, X. Хаас с соавторами, Ч. Хобс, отмечая резкое снижение гумусированности почвы при ее экстенсивном земледельческом использовании, как правило, устанавливают при этом параллельное падение урожаев пшеницы, кукурузы и других культур [36].

Потери определенной части гумуса при сельскохозяйственном освоении почв - часто процесс неизбежный и главной задачей является его замедление. Резкое снижение общего запаса гумуса как лабильной, так и устойчивой его частей обуславливает физическую деградацию почв, при развитии которой почвы приобретают качества бесструктурного и инертного субстрата с плохими водно-физическими свойствами и низким почвенным плодородием. Все это приводит к снижению противоэрозионной устойчивости, что и делает потери гумуса в эродированных почвах недопустимыми.

Орлов Д.С. отмечает, что при усиленной минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации в случае недостаточного поступления в почву пожнивных остатков и органических удобрений содержание и запасы гумуса всё же постепенно стабилизируется, соответственно сложившимся агроэкологическим условиям, но на более низком уровне, чем в целинном варианте. Подобные изменения происходят в первые годы применения удобрений и других агротехнических приемов [31, 45].

С другой стороны, окультуривание вызывает многообразное и глубокое влияние на свойства почвы: биологические, химические, физические, которое ведет к изменению всего почвообразовательного процесса в целом. Дерново-подзолистые почвы утрачивают свои первоначальные черты и приобретают новые. В них создается мощный перегнойный горизонт, повышается содержание углерода, азота и других элементов. Повышение содержания углерода сопровождается перераспределением группового состава, увеличением группы гуминовых и уменьшением фульвокислот в составе гумуса. Органическое вещество становится менее подвижным, более устойчивым против вымывания, разрушения. Вместе с изменением органического вещества наблюдается увеличение содержания общего азота, снижается количество его гидролизуемых фракций [16].

Пупков A.M. и Сахарцев В.П. показали, чем выше степень окультуренности почвы, тем меньше подвижность гумусовых веществ, что способствуем закреплению гумуса в профиле окультуренных почв [53].

Внесение в почву органических удобрений практически во всех случаях увеличивает содержания гумуса, размеры которого зависят от доз навоза, длительности применения и почвенно-климатических условий местности. Причем, в почвах, природно бедных гумусом, содержание его может быть поднято выше исходного уровня, а в более гумусированных почвах приблизится к нему [3].

Литературные данные о воздействии минеральных удобрений на интенсивность превращения гумуса противоречивые. Так, одни авторы считают, что применение минеральных удобрений способствует усилению минерализации органического вещества и следовательно снижению его содержания в почве, в то время, другие данные свидетельствуют о том, что под влиянием азотных удобрений снижается интенсивность процессов превращения гумуса [10, 35].

Минеев В.Г. и Шевцова Л.К. показали, что в длительных опытах без удобрений потери гумуса за 20-40 лет могут достигать 30-40 % от исходного содержания, такого же размера потери возможны при использовании только минеральных удобрений, даже при условии известкования [40].

Для обеспечения бездефицитного баланса гумуса большинству пахотных почв требуется внесение органических удобрений в количестве 10-15 т/га. Не меньшая роль отводится минеральным удобрениям. Минеральные удобрения стабилизируют содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах и препятствуют его потерям. Некоторые авторы считают, что минеральные системы удобрения не способны обеспечить бездефицитного баланса. Другие отмечают, что известкование и рациональные севообороты в сочетании с минеральными удобрениями на кислых дерново-подзолистых почвах, обладающих низким естественным плодородием, способны создавать бездефицитный баланс гумуса [65].

Максимальные изменения содержания гумуса происходят в первые 7-10 лет после введения любых систем удобрений, затем его содержание стабилизируется на определенном уровне, который зависит как от применяемой системы, так и от агрохимических характеристик сельскохозяйственного угодья, и том числе генетически обусловленных почвенных свойств [45].

Совместное применение органических и минеральных удобрений, являясь наиболее благоприятным для растений, оказывают положительное влияние на содержание гумуса в почве, приостанавливая снижение его содержания, а иногда повышая его

Систематическое применение органических и минеральных удобрений не только сокращает потери органического вещества, но и улучшает его качество. В составе гумуса увеличивается содержание новообразованных, водорастворимых, легкоминерализуемых фракций, играющих важную роль в почвенных процессах. Изменение качественною состава гумуса происходит, главным образом, за счет гумификации органической массы корневых и пожнивных остатков, количества которых резко возрастаем под влиянием удобрений. По мнению ряда исследователей систематическое применение удобрений, особенно навоза, значительно изменяет состав гумуса, повышая в нем содержание гуминовых кислот, в результате чего отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот заметно расширяется [54].

В то же время другие авторы считают, что состав гумуса не значительно меняемся во времени и увеличение содержание общего углерода почвы при применении удобрений сопровождается равномерным повышением содержания всех групп гумуса.

Также противоречивы данные исследователей об изменении состава гумуса почв разных типов при их окультуривании. Один авторы утверждают, что окультуривание приводит к улучшению состава гумуса и большему накоплению в его составе группы гуминовых кислот [14]. Другие отмечают слабое действие окультуривания на состав гумуса, который сохраняет основные свойства, присущие процессу гумификации почвы исследуемой зоны [2].

Противоречивость данных определяется рядом причин: использованием различных методов, интенсивностью и длительностью воздействия различных приемов агротехники, генетической устойчивостью гумусовых веществ к воздействию извне и т.д.

Длительное применение минеральных и органических удобрений способствует резкому увеличению подвижности гумусовых веществ, находящихся на ранних гидрофильных стадиях гумификации [42, 62].

Кононова М.М. и Бельчикова Н.П., отмечая некоторую тенденцию в увеличении негидролизуемого остатка в окультуренных почвах, приходят к выводу, что при освоении почв гумус сохраняет черты, присущие данному типу почвы, подчиняясь закону зональности [31].

По данным Лыкова A.M. и др. систематическое унавоживание дерново-подзолистых почв (при периодическом известковании) способствует обогащению их менее "зрелыми" гуминовыми соединениями, в молекулах которых преобладают малоконденсированные структуры с выраженными алифатическими цепями, а также вызывает гидратацию молекул гуминовых кислот [36].

Девятова Т.А. и Стороженко Н.В. установили, что под влиянием систематического внесения удобрений на выщелоченном черноземе увеличиваются фракции свободных и связанных с подвижными полуторными окислами гуминовых кислот [60].

Орлов Д.С.считает, что по мере окультуривания проявляется тенденция относительного уменьшения содержания фракции 1 (ГК-I) и нарастания фракции 2 гуминовых кислот (ГК-II). Фульвокислоты при этом обладают высокой миграционной способностью, о чем свидетельствует их относительное накопление в нижних горизонтах почвенного профиля. Вниз но профилю изменяется и отношение С_гк : С_фк. Авторы делают вывод, что по мере окультуривания дерново-подзолистых почв различие в количестве гумуса в разных генетических горизонтах и его качественном составе сглаживаются, а тип гумуса в пахотном горизонте по мере окультуривания может перейти в фульватно-гуматный [44].

По мнению Севастьянова А.Ю., внесение одних только минеральных удобрений способствует формированию в ГК периферических структур, наиболее доступных микроорганизмам [36].

По данным Орлова Д.С. внесение физиологически кислых удобрений может вызвать разложение и биодеградацию гумуса, активацию микрофлоры. А повышение дисперсности гумусовых веществ в элювиальных ландшафтах сопровождается усилением их выноса до грунтовых вод. Постоянное действие этих факторов может привести к непрерывному, хотя и медленному уменьшению содержания гумуса, если она не компенсируется хотя бы небольшими дозами органических удобрений [45].

Применение органических удобрений вызывает наибольшее увеличение содержания подвижного гумуса (на 7-20 %). Максимальное образование подвижных компонентов гумуса наблюдается в период интенсивной гумуфикации растительных остатков. Внесение навоза является важным приемом регулирования содержания и состава стабильного гумуса, особенно малогумусированных почв. При использовании гумуфицированного органического удобрения восполняются запасы всех фракций гумусовых кислот в почве, содержащихся в составе сформированной системы гумусовых веществ. В условиях отсутствия источников пополнения запасов углерода в почве преимущественной минерализации подвергаются подвижный гумус и фульвокислоты, характеризующиеся более высоким содержанием углерода, гидролизуемых соединений азота - аминокислот и низким участием в их формировании ароматических структурных компонентов по сравнению с гуминовыми кислотами [35].

В дерново-подзолистой почве трансформация гумусовых веществ в результате многолетнего применения минеральных и органических удобрений имеет ряд особенностей: явное преобладание минерализационных процессов гумуса над трансформационными, преобладание минерализации негидролизуемого остатка, изменение направленности и темпов трансформационных процессов, что выражается в снижении потерь негидролизуемого остатка, увеличение содержания ГК, что, по мнению авторов, обусловлено, прежде всего, трансформацией негидролизуемого остатка, а возможно и новообразованием ГК.

В то же время по данным других авторов, при внесении удобрений в почвах со сформированным составом гумусовых веществ, происходят не только процессы образования новых молекул гумусовых кислот, но и процессы фрагментарного обновления за счет первичных продуктов разложения органических остатков. Обогащение гумуса периферическими цепями и новообразованными гумусовыми кислотами ведет к увеличению негидролизуемого остатка, обогащению высокомолекулярными разветвленными компонентами с максимальным содержанием азота аминогрупп, уменьшению в их составе карбоксильных групп.

По мнению Кауричева И.С. и Лыкова A.M. включение новообразованных гумусовых кислот в «старый» гумус происходит пропорционально содержащимся в нем фракциям [25].

1.3 Система показателей гумусового состояния почв

Для характеристики гумусового состояния почв, а также изменения свойств органического вещества предложен ряд показателей [14]. В последнее время Д.С.Орловым и О.Н.Бирюковой разработана новая, расширенная система гумусового состояния почв [46].

Важнейшим показателем при характеристике любых почв является характеристика мощности верхнего гумусового горизонта. Принципиальное значение имеет и среднее содержание гумуса в верхнем горизонте А1. В систему показателей входит также распределение содержания гумуса по профилю почвы, обогащенность гумуса азотом, степень гумификации органического вещества, тип гумуса, доля свободных гуминовых кислот, доля ГК, связанных с кальцием, доля прочно связанных ГК, содержание фракции ФК-1а, степень бензоидности и др. Показатели гумусового состояния почв и условия гумификации показаны в табл. 12.

Одним из главных диагностических показателей является тип гумуса, который определяется по соотношению С_гк:С_фк. В нескольких опубликованных работах было высказано мнение, что фульвокислоты, как особая группа соединений в свободном виде в почвах практически не существуют, однако сам по себе показатель С_гк:С_фк очень удобен и характерен для типов гумуса очень многих почв, особенно при анализе зонального ряда почв [44].

Для характеристики фракционного состава гуминовых кислот предложено три показателя: свободные гуминовые кислоты, гуминовые кислотысвязанные с Са²⁺, а также прочносвязанные гуминовые кислоты.

Существенным показателем остается оптическая плотность (коэффициенты экстинкции) гуминовых кислот.

В обновленную систему показателей гумусового состояния почв включено содержание неспецифических органических веществ почвенного гумуса. На долю так называемых неспецифических органических соединений почвы приходится около 20% суммарного органического вещества [47].. К их числу относятся водорастворимые органические вещества (С_вод.), куда входят низкомолекулярные органические кислоты, аминокислоты, белки, полипептиды и другие соединения, и почвенные липиды (С_л).

Для более полной оценки глубины гумификации почвенного гумуса в систему показателей гумусного состояния введен дополнительный показатель гумификации ПГТ = С_гк*Е, предложенный Т.А.Гореловой для торфов ( С_гк - доля углерода ГК в % к С_орг; Е - оптическая плотность раствора ГК). Этот показатель учитывает как количественную сторону процесса гумификации и степень превращения органических остатков в гумусовые вещества (С_гк), так и качественную сторону этого процесса, процесса "химического созревания" и формирования самих гумусовых веществ (Е-величины гуминовых кислот). Показатель ПГТ довольно широко используется для характеристики гумуса различных типов почв и других природных объектов [12]..

В качестве показателя, характеризующего свойства гуминовых кислот, в новую систему показателей гумусового состояния почв включен показатель степени бензоидности (). Этот показатель отражает соотношение ароматических и алифатических составляющих в молекуле гуминовой кислоты.

,где

С_бенз - содержание углерода бензоидных фрагментов в ГК;

С_ал - содержание углерода алифатических фрагментов.

Степень бензоидности для различных почв характеризует особенности строения гуминовых кислот, отражает условия гумусообразования и влияния мелиоративных мероприятий.

В новую систему показателей оценки гумусового состояния почв включен показатель продолжительность периода биологической активности почв ПБА [46]. Этот показатель тесно коррелирует со всеми показателями гумусного состояния почв зонального ряда континентальной фации умеренного пояса. Продолжительность ПБА может меняться не только в ряду географической зональности, но и под влиянием антропогенных (сельскохозяйственных) нагрузок и природных факторов. Как показали исследования А.М. Русанова факторами, лимитирующими продолжительность ПБА в пределах одного ландшафта, являются физические свойства почв (прежде всего гидротермический режим почв) и проективное покрытие фито- и агроценозов. С помощью этого показателя можно объяснить и вскрыть причины и механизмы образования гумуса различного качественного состава [56].

Набор показателей и градаций уровней показателей достаточно полно характеризуют гумусовое состояние исследуемых почв. С их помощью вполне возможно достаточное и необходимое описание большинства почв.

Таким образом, анализ литературных данных по влиянию различных систем удобрений и других агротехнических приемов на состав гумуса показал, что процессы качественного изменения гумуса под влиянием сельскохозяйственного использования почв идут неодинаково и зависят как oт природных условий (гидротермического режима, физико-химических и биологических свойств почв, генетической устойчивости гумусовых веществ к внешним воздействиям), так и от интенсивности и длительности воздействия различных сельскохозяйственных приемов.

Все перечисленное показывает на необходимость проведения исследований действия длительного применения удобрений на содержание, запас, состав гумусовых веществ почв основных типов, с использованием комплекса единых методов, позволяющих выявить основные закономерности этих изменений, их направленность и возможность управления ими.

Размещено на Allbest.ru