Особенности трансформации гумусовых веществ в разных условиях землепользования

32,9

28,8

31,1

1,5

Сгк:Сфк

0,94

0,78

0,83

0,05

Сгк2, % от Собщ

8,5

5,8

6,9

1,1

Сгк1:Сфк1

1,26

1,14

1,39

0,09

Сгк2:Сфк2

0,63

0,45

0,47

0,05

ММ-распределе-ние гуматов:

ВМК, %

СМК, %

НМК, %

ВМК:СМК

52,2

33,5

14,3

1,56

46,2

30,5

23,3

1,51

45,5

32,1

22,4

1,42

1,5

0,6

2,0

0,03

Е-величины гуматов

0,078

0,063

0,069

0,006

4.1.2 Изменение гумусного состояния почв под влиянием химической обработки

Нарушение процесса гумификации при обработке почв гербицидами связано с дефицитом гумусообразователей и ослаблением общей напряженности биологических процессов, которую оценивали по интенсивности дыхания (ИД), каталазной активности (Ка), численности и видовому составу микроорганизмов [9; 10; 13-15; 17; 24; 44].

Выявлена зависимость глубины подавления ИД и Ка от степени фитотоксического действия и последействия симазина; отмечен близкий характер сезонной и многолетней динамики показателей в вариантах с полным сведением разнотравья химической и ручной прополками (рис.4.3).

Более глубокое ингибирование биологических процессов наблюдали в варианте с химической прополкой, что обусловлено непосредственным микробоцидным действием экстремальной дозы симазина в отношении некоторых групп микроорганизмов [17].

Рис.4.3 Влияние химической и ручной прополки на свойства почвы, характеристики гумуса и гумусовых кислот

На фоне снижения численности чувствительных к препарату видов наблюдалась активизация устойчивых мутантов, способных к разложению и гербицида, и гумусовых веществ почвы при недостаточном поступлении (или отсутствии) свежих органических остатков.

Характер многолетней динамики содержания гумусовых соединений свидетельствует о быстрой деструкции подвижных фракций в начальный период и снижении на более поздних этапах содержания прочно связанных с минеральной частью гуматов и гумина (рис.4.3).

В варианте с экстремальной дозой симазина почва диагностирована как среднедеградированная; около 30 % потерь гумуса обусловлено снижением содержания ГК, преимущественно их подвижных фракций (46 %), в меньшей степени - ГК2 (26 %) и ГК3 (28 %). По данным гель-хроматографии деструкция всех фракций ГК независимо от способа сведения разнотравья происходит преимущественно за счет высокомолекулярных структур (рис.4.3).

Возрастание (или тенденция к возрастанию) величин оптической плотности ГК в вариантах с прополкой является результатом увеличения относительной доли более ароматичных и оптически плотных среднемолекулярных компонентов (табл.4.2).

Полное исключение фитофактора из компонентов биоценоза и ослабление биологической деятельности привели к существенному снижению интенсивности процесса гумификации и на стадии новообразования ГК, и на стадии усложнения их структур; смене гуматно-фульватного типа гумуса на фульватный (табл.4.2). Вследствие более выраженной деструкции подвижных соединений формировалась более инертная система гумусовых кислот, находящаяся в равновесии с изменившимися условиями среды [18; 22; 25; 44].

Таблица 4.2. Влияние химической и ручной прополки на состав и свойства гумусовых кислот (0-10см).

Вариант	Запас т/га 0-10 см	Сгк Сфк	Сгк1 Сфк1	Сгк2 Сфк2	ВМК :СМК	Е-величины
	гумус	ГК				ГК1	ГК2	ГК3	ГК1	ГК2	ГК3
Контроль	40,3	5,1	0,87	0,94	0,81	1,45	1,24	2,39	0,047	0,056	0,050
Ручная прополка	33,8	4,0	0,71	0,76	0,66	1,10	1,07	2,11	0,060	0,068	0,058
Симазин, 50 кг/га	31,2	3,5	0,57	0,59	0,58	1,12	1,05	1,71	0,049	0,079	0,068
НСР05	3,3	0,4	0,10	0,10	0,07	0,11	0,06	0,20	0,004	0,007	0,005

4.2 Признаки деградации гумуса в условиях избыточного поверхностного увлажнения

При избыточном поверхностном увлажнении, характерном для отрицательных элементов рельефа (в условиях развитого микрорельефа), наблюдается нарушение гидрологического режима, щелочно-кислотного равновесия, превалирование анаэробных восстановительных условий, что приводит к формированию поверхностно-оглеенных почв с характерными признаками химической, физико-химической и биохимической деградации гумуса. Морфологические признаки оглеения наиболее отчетливо выражены в почвах замкнутых микропонижений - западин.

По ряду показателей выявлено усиление признаков оглеения от мелкой западины к глубокой и от окраины к центру по мере ухудшения водно-воздушного режима (рис.4.4; табл.4.3.).

Оглеение, развивающееся даже при кратковременном, но периодическом затоплении микропонижений, существенно ослабляет процесс гумификации вследствие усиления реакций гидролиза, резкого снижения активности окислительных ферментов - фенолоксидаз и усиления действия редуцирующих ферментов анаэробной микрофлоры, способствующей накоплению в почве водорастворимых органических соединений с кислотными свойствами, что приводит к существенной потере гумуса и ухудшению его качества [28; 30; 40; 43; 44].

По снижению запаса гумуса в сравнении с автоморфными разностями оглеенные почвы охарактеризованы как сильнодеградированные. 35-40% потерь гумуса приходится на гуминовые кислоты и преимущественно на их подвижные формы (более 50%).

Характерной особенностью деградационной трансформации гумусовых веществ в условиях избыточного увлажнения является ослабление процесса новообразования гуминовых кислот и глубокая деструкция ГК1, сопряженная с упрощением их структуры.

Изменения характеристик ГК2, более устойчивых в условиях переувлажнения и оглеения, выражены не столь значительно (табл.4.4).

Деструктивные процессы гуминовых кислот локализованы в тонкодисперсных частицах, наиболее подверженных деградационной трансформации.

Снижение интенсивности процесса гумификации на стадии новообразования ГК отчетливо проявилось в илистых и мелкопылеватых частицах, на стадии формирования гуматов - в мелко- и среднепылеватых частицах. Во фракции мелкой пыли наблюдали заметное снижение Е-величин подвижных ГК (результат деструкции алифатических и ароматических структур) и некоторое возрастание Е-величин гуматов, что свидетельствует о деструкции их высокомолекулярных структур (рис.4.4). Именно на мелко- и среднепылеватые частицы приходится большая часть потерь гуминовых кислот и гумуса в целом.

Вследствие преимущественных потерь подвижных соединений и, возможно, периферических структур гуматов в оглеенных почвах формируется мало подвижная инертная группа ГК.

4.3 Признаки деградации гумуса при действии водно-эрозионного фактора

Специфика процесса гумификации в условиях мезорельефа тесно связана с особенностями перераспределения по элементам рельефа склонов разнокачественных по содержанию и составу гумуса тонкодисперсных частиц, а также со степенью разрушения гумусово-аккумулятивного горизонта и припахивания к нему почвенного материала из нижележащих горизонтов, как правило, менее гумусированных, с иным соотношением фракций ЭПЧ и менее благоприятным составом гумуса.

Свойства минеральных горизонтов, материнских и подстилающих пород, которые приближаются к дневной поверхности при активном проявлении водно-эрозионных процессов, во многом определяют специфику профильного распределения показателей гранулометрического состава, химических свойств, гумусного состояния.

Признаки оглеения в почве западины глубиной 30 см: а - бурые конкреции, ед. обилия; б - голубоватые пятна, % от площади; в - охристые пятна, то же; г - темные серые конкреции, ед. обилия.	Содержание FeO в почвах западин (1-3) и повышений (4-6)
Состав гумусовых кислот и Е-величины гуминовых кислот во фракциях ЭПЧ почвы повышенного участка (а) и западины (б), Апах.
Рис.4.4. Влияние избыточного поверхностного увлажнения на свойства почвы и характеристики гумусовых кислот.

Таблица 4.3.Величины ОВП (Апах.)

Элемент рельефа	Прикопка №	ОВП, мВ
		июль	август
Повышения	1 2 3	477 476 472	486 483 485
Западины глубина 10см 20см 30см	4 5 6	398 360 332	404 378 358
НСР05 12

Таблица 4.4. Е-величины ГК в профиле почвы

Элемент рельефа	Горизонт глубина см	Е-величины
		ГК1	ГК2	ГК3
Повышение	Ар 0-23	0,070	0,086	0,033
	Е 23-40	0,069	0,084	0,040
	В 40-60	0,045	0,106	0,027
Западина	Арg 0-20	0,056	0,086	0,025
	Еg 20-40	0,040	0,102	0,041
	Вg 40-60	0,035	0,105	0,040

Для смытых почв характерны: утяжеление механического состава за счет илистых и отчасти мелкопылеватых частиц, обеднение пахотного слоя частицами средней пыли [45]; ухудшение химических свойств; нарушение свойственного дерново-подзолистым почвам характера профильного распределения обменных оснований (рис.4.5).

Изменение показателей химических свойств в профиле почвы
Роль фракций ЭПЧ в изменении качества гумуса под влиянием водной эрозии.
Оптическая плотность гуминовых кислот фракций ЭПЧ (Ар).
Рис.4.5. Влияние водной эрозии на химические свойства почвы, характеристики гумуса и гумусовых кислот: а - несмытая почва; б - слабосмытая; в - среднесмытая.

Важным диагностическим признаком смытых почв наряду с изменением морфологии профиля и характеристик ППК является потеря гумуса, по размерам которой слабо- и среднесмытые почвы охарактеризованы как слабо- и среднедеградированные; 45-48 % общих потерь гумуса составляют ГК, преимущественно их подвижные формы (51-60%). Изменение оптических характеристик свидетельствует об упрощении структуры ГК смытых почв [45].

Негативные изменения характеристик гумуса и ГК детерминированы спецификой количественного перераспределения гранулометрических фракций, что подтверждает механическую природу деградации.

Для смытых почв характерно снижение показателей количественного соотношения гумуса и ГК, аккумулированных в пылеватых и илистых частицах (рис.4.5), что свидетельствует об усилении признаков фульватности гумуса и снижении степени зрелости ГК.

Наибольшие потери ГК (в том числе ГК1и ГК2) зафиксированы во фракции средней пыли (рис.4.5), что связано с уменьшением её количества и ухудшением качественных показателей.

По характеру изменения Е-величин ГК в зависимости от размера фракций ЭПЧ можно полагать, что упрощение структуры ГК1 и ГК2 в смытых почвах происходит в основном за счет илистых и мелкопылеватых частиц вследствие их разбавления частицами из нижележащих горизонтов.

В отношении ГК3 отмечена относительная стабильность Е-величин во всех исследованных разностях почв, генетических горизонтах [45] и фракциях ЭПЧ.

4.4 Деградационные изменения гумуса под влиянием агротехногенного фактора

Строительство осушительной мелиоративной системы способствовало оптимизации гидрологического режима, уменьшению плотности , увеличению пористости верхних слоев почвы, сглаживанию различий в свойствах поверхностно-оглеенных почв и их автоморфных аналогов [35; 40; 43; 44], в то же время нарушение почвенного покрова при прокладывании дренажных траншей (до глубины 0,8-0,9м) и извлечение на поверхность малоплодородного почвенного материала из нижних горизонтов способствовали проявлению механической деградации гумуса, связанной с негативными изменениями таких факторов гумификации, как состав минеральной части и гранулометрический состав почвы.

Через год после проведения дренажных работ наблюдали утяжеление механического состава за счет илистых и мелкопылеватых частиц снижение содержания средней пыли (рис.4.6).

В обеих разностях почвы зафиксированы негативные изменения характеристик ППК, снижение содержания гумуса, отчетливо выраженные в местах прохождения дренажных траншей, либо в непосредственной близости от них.

Снижение запаса гумуса из 40-см слоя осушенных почв составило 11-15 %, что позволило охарактеризовать их как слабодеградированные; запас ГК снизился на 30-40 % преимущественно за счет ГК1 (42-53 %) и ГК2 (33 %); табл.4.5.

Ослабление процесса гумификации, прослеженное на обеих стадиях (новообразования ГК и полимеризации гумусовых структур), происходит исключительно за счет тонкодисперсных частиц, в отношении которых выявлены количественные изменения (рис.4.6).

Вследствие перераспределения фракций ЭПЧ и изменения количественных и качественных характеристик аккумулированного в них гумуса в обеих разностях мелиорированной почвы наблюдалось возрастание роли илистой фракции и снижение долевого участия мелко- и среднепылеватых частиц в балансе гумуса и ГК, что отчетливо диагностировано показателями С_1-10/С_<1 и Сгк_1-10/Сгк_<1.

Проявление отмеченной закономерности свидетельствует об усилении признака фульватности гумуса и ухудшении качества ГК.

Роль илистой фракции в балансе ГК возросла в большей мере за счет упрощенных форм ГК1 , в меньшей степени - за счет ГК2; в тоже время снижение роли пылеватых частиц происходит в значительной степени за счет гуматов и оптически плотных ГК1 (рис.4.6; 4.7).

Изменение показателей оптической плотности разных фракций ГК мелиорированной почвы в сравнении с исходной является интегральным отражением характера профильного распределения показателей и их изменения в зависимости от размера фракций ЭПЧ (рис.4.6).

Признаки деградации гумуса мелиорированной почвы в целом имели однотипный характер независимо от микрорельефа.

Различия в глубине негативных изменений характеристик гумуса в почвах повышенных и пониженных участков обусловлены неодинаковой степенью разбавления верхней части профиля почвенной массой из иллювиальных горизонтов и исходной неоднородностью показателей.



Рис.4.6. Влияние осушительной мелиорации на свойства почвы, показатели направленности гумификации и оптическую плотность ГК почвы и фракций ЭПЧ.



Рис.4.7. Роль фракций ЭПЧ в балансе ГК1 и ГК2 почвы повышенного участка до мелиорации (а) и после мелиорации (б)

Рис.4.8. Влияние строительства магистрального трубопровода на химические свойства и направленность гумификации в дерново-подзолистой почве: а - исходная почва (контроль), 1985г.; б - контроль, 2000г.; в - трасса, 1 год; г-трасса,15лет.

Таблица 4.5. Влияние техногенных факторов на запас гуминовых кислот и их фракций.

4.5 Изменение гумусного состояния дерново-подзолистой почвы после строительства магистрального трубопровода

Преимущественное нарушение условий гумификации после прокладывания трассы магистрального трубопровода (МТ) на глубине около 2м и проявление механической деградации гумуса связаны с изменением состава минеральной части и гранулометрического состава почвы. Нарушение имеет более глубокий характер в сравнении с действием агротехногенного фактора вследствие перемешивания не только почвенных горизонтов, но и материнской, и подстилающей пород, неблагоприятные свойства которых в значительной степени определили свойства образовавшейся техногенной почвы.

Через год после строительства МТ в верхней части техногенного профиля отмечены утяжеление механического состава за счет илистой фракции, снижение содержания частиц мелкой, средней и крупной пыли; повышение плотности; более глубокие негативные изменения характеристик ППК и бульшие масштабы потерь гумуса и ГК по сравнению с агротехногенно-нарушенной почвой [40; 43; 44].

По снижению запаса гумуса в 40-см слое техногенная почва охарактеризована как сильнодеградированная. Более 60% потерь гумуса приходится на пылеватые частицы, что связано с уменьшением их количества и снижением уровня гумусированности. Долевое участие фракций пыли в общем балансе гумуса в пределах 40-см слоя снизилось от 51 до 28 %, в то же время долевое участие ила возросло от 19 до 46 %.

Интегральным отражением перераспределения роли фракций ЭПЧ в балансе гумуса и ухудшения его качества является 3,0-3,6- кратное снижение показателя С_1-10/С_<1 (рис.4.8). Ослабление признака гуматности гумуса и усиление фульватного характера проявились в снижении степени и глубины гумификации (с изменением уровня признаков и неблагоприятной сменой типа гумуса), усилении признака подзолистого типа фракционного распределения гуминовых кислот, возрастании степени агрессивности фульвокислот [40; 43; 44], ослаблении процессов новообразования ГК и полимеризации гумусовых структур (рис.4.8). Снижение запаса ГК из 40-см слоя составило 76 % к исходному уровню, что в 2-2,6 раза превысило относительные размеры потерь ГК в мелиорированной почве (табл.4.5). Большая часть потерь приходится на ГК1 (58 %), меньшая - на ГК2 (22 %) и ГК3 (20 %).

Результаты многолетнего изучения состояния гумуса при неблагоприятных воздействиях дают основание характеризовать деградацию гумуса как ослабление процессов гумусообразования и гумификации, приводящее к негативным изменениям характеристик гумуса на разных уровнях его структурной организации. Главным и наиболее характерным признаком деградации гумуса, общим для всех видов неблагоприятных воздействий, является дегумификация.

В широком значении понятие «дегумификация» рассматривается как ослабление процесса гумификации на разных стадиях формирования гуминовых кислот, приводящее к снижению содержания, изменению состава и упрощению структуры ГК. Степень выраженности деградационных изменений гумуса на разных иерархических уровнях, характер ответных реакций гумусовых кислот, направленность в изменении их свойств четко детерминированы природой факторов и спецификой нарушения условий гумификации. Химическая, физико-химическая и биохимическая деградация гумуса, фиксируемая при агрогенных воздействиях, связана с трансформацией ГК на уровне молекулярных структур; механическая деградация, фиксируемая при водно-эрозионных и техногенных воздействиях, обусловлена в основном количественным перераспределением фракций ЭПЧ, характеризующихся разнокачественным гумусом.

Глава 5. Способы оптимизации гумусного состояния деградиро-ванных дерново-подзолистых почв

Традиционным способом сравнительно быстрого восстановления гумусного состояния деградированных дерново-подзолистых почв является применение органических удобрений (ОУ), при необходимости в сочетании с известкованием. С этой целью нами использован торфонавозный компост (ТНК, при соотношении компонентов 1:1), содержащий гумифицированные и полугумифицированные вещества в оптимальном соотношении, щелочноземельные основания, азот (табл.5.1). Торф содержит больше ГК в сравнении с навозом, в то же время ГК навоза являются более ароматичными (рис.5.1).

Применение известково-органоминеральной системы удобрений при 4-летнем возделывании кукурузы способствовало сохранению, а по ряду показателей - улучшению свойств почвы по сравнению с исходным состоянием. Положительные изменения условий гумификации - увеличение количества гумусообразователей и обменных оснований, снижение кислотности - благоприятствовали накоплению гумуса и улучшению его качества [33; 34; 40; 44; 49].

Таблица 5.1. Свойства и состав компонентов торфонавозного компоста.

Показатели	Навоз	Торф
1. рНсол	6,5	6,8
2. Са, мг-экв/100г сухого вещества 3. Mg, то же	8,3 10,2	59,8 7,4
4. Азот, % к сухому веществу 5. Органическое вещество, то же	0,5 25,5	1,5 51,7
% к Сорг. 6. Водорастворимые вещества 7. Гумусовые кислоты 8. Гуминовые кислоты 9. Вещества, гидролизуемые 1н Н2SO4 10. Вещества, гидролизуемые 80%-ной Н2SO4 11. Негидролизуемый остаток	3,9 47,1 17,1 7,8 11,5 29,7	1,8 67,7 44,5 4,0 5,3 21,2
12. Сгк : Сфк	0,57	1,92
13. ВМК : СМК	0,79-1,11	1,88-2,71

Рис.5.1. Гель-хроматограммы гуминовых кислот, выделенных из торфа (а) и навоза (б)

Применение ОУ и извести сдерживало процессы дезагрегирования тонкодисперсных частиц, способствовало аккумуляции гумуса в мелко- и среднепылеватых частицах. На фоне сохраняющейся тенденции большего участия илистой фракции в балансе гумуса в варианте с ТНК зафиксировано возрастание роли пылеватых частиц и соответственно отношения С_1-10/С_<1 [56]. Позитивные изменения направленности процесса гумификации проявились в активизации обеих стадий - новообразования ГК и полимеризации гумусовых структур, что соответствует доминирующей роли ГК (56 %) и, главным образом, первой и второй фракций, в пополнении запаса гумуса в пределах 40-см слоя. По данным гель-хроматографии наиболее отзывчивыми на агромероприятия являются периферические лабильные структуры ГК (рис.5.2).

	ГК1
0-20см	20-40см	40-60см
	ГК2
0-20см	20-40см	40-60см
Рис.5.2. Гель-хроматограммы ГК после 4-летней культуры кукурузы [32, 44]. а - контроль без агрохимических средств; б - ТНК, 45т/га, N70P40K115, известь по 1 г.к.

Отчетливо выраженное в пахотном слое возрастание относительной доли ВМК в составе ГК может быть связано как с активизацией микробиологической деятельности, так и с привнесением высокомолекулярных структур с ОУ. Среди фракций ГК оптимальным сочетанием лабильной (периферической) и стабильной (ядерной) структур характеризуются ГК1 и ГК2, что обусловливает их доминирующую роль в обеспечении ценных качеств гумуса. Во всех фракциях ГК независимо от варианта опыта с глубиной уменьшается количество ВМК и возрастает относительная доля СМК, что связано с естественной трансформацией органических веществ в профиле почвы и снижением интенсивности биохимических процессов [44]. Положительные изменения практически всех параметров плодородия в варианте с известково-органоминеральной системой коррелируют с максимальной продуктивностью агроценоза кукурузы (рис.5.3).

Рис.5.3. Урожай зеленой массы кукурузы (ц/га) в зависимости от системы удобрений:
А - контроль без удобрений и извести;
Б - минеральная система без извести;
В - органоминеральная система + известь

В ряду агроценозов кукурузы с разным уровнем продуктивности выявлена тесная положительная корреляционная взаимосвязь урожая зеленой массы кукурузы с содержанием гумуса, рНсол, суммой обменных оснований, суммарным содержанием ГК, отношением С_1-10/С_<1; среди фракций ГК наибольшим положительным влиянием на урожай кукурузы характеризуются ГК1 и ГК2; взаимосвязь с фракцией ФК1а и суммарным содержанием ФК - отрицательная [32].

В опыте с экстремальной дозой симазина (50кг/га) в залежной дерново-подзолистой почве через 21 месяц после внесения ТНК (60 т/га) наблюдалось восстановление каталазной активности, процесса новообразования ГК, показателей состава гумуса (рис.5.4), что связано с активизацией микробиологической деятельности, а также наличием гумусовых веществ в составе ТНК; содержание негидролизуемого остатка может возрастать за счет полугумифицированных соединений - лигнина и целлюлозы.

а - симазин, 50 кг/га б - симазин, 50 кг/га + ТНК, 60 т/га	а - контроль б - симазин, 50 кг/га в - симазин, 50 кг/га + ТНК,60 т/га
Рис. 5.4. Влияние ТНК на свойства почвы, обработанной симазином, и ММ-распределение подвижных ГК.

Остаточное токсическое последействие симазина прослеживалось в отношении интенсивности дыхания (в связи с сохраняющимся фитотоксическим эффектом) и процесса полимеризации гумусовых структур. Методом гель-хроматографии установлено, что восстановление содержания подвижных ГК происходит за счет компонентов с разной молекулярной массой, в большей мере - за счет ВМК (рис.5.4). Направленность многолетней динамики свойств почвы в вариантах с симазином без применения ТНК и с его применением позволяет говорить об обратимости почвенных процессов, нарушенных гербицидом [14; 17; 18; 22; 24; 25].

Применение комплекса агромероприятий (внесение органических и минеральных удобрений, известкование, возделывание многолетних трав) позволило достаточно быстро - в период от 2 до 5 лет - восстановить химические свойства (рис.5.5) и характеристики гумуса агротехногеннонарушенной почвы в пределах каждого из исследованных элементов рельефа [35;40;43;44].

Рис.5.5. Химические свойства почвы повышенного участка (а) и микропонижения (б) до мелиорации (1987г.) и после мелиорации (1988 - 1993гг.).

Быстрое восстановление прослежено в отношении процесса новообразования ГК, замедленное - в отношении полимеризации гумусовых структур (рис.5.6). Восстановление количества ГК в целом обеспечивалось преимущественно (на 75-83% ) за счет ГК1 и ГК2 при заметном обогащении их высокомолекулярными структурами, о чем свидетельствует снижение Е-величин (рис.5.6).

Рис.5.6. Показатели направленности гумификации и Е-величины ГК почвы повышенного участка (а) и микропонижения (б) до мелиорации (1987г.) и после мелиорации (1988-1993гг.).

Несмотря на сглаживание различий в свойствах поверхностно-оглеенных почв и их автоморфных аналогов, существенное влияние микрорельефа на характеристики гумуса прослеживалось до конца периода наблюдений. От 64 до 98 % изменчивости содержания гумуса, 76-86 % варьирования количества ГК и 55-60 % варьирования Сгк/Сфк в пределах 40-см слоя обусловлены влиянием микрорельефа и только 2-33 %, 10-18 % и 30-35 % - влиянием агроприемов. Через 6 лет после мелиорации почвы микропонижений оставались сильнодеградированными, как и до мелиорации; сохранялись морфологические признаки оглеения, более низкие показатели степени и глубины гумификации, интенсивности новообразования ГК и их усложнения (рис.5.6), более низкий уровень биопродуктивности (рис.5.7).Это свидетельствует о недостаточной эффективности проведенных мелиоративных работ и необратимости деградационных изменений свойств гумуса в сохраняющихся условиях избыточного увлажнения и оглеения.

Рис.5.7. Урожай зеленой массы травосмеси до (1987г) и после (1990-1992гг) проведения осушительной мелиорации А - повышенные участки Б - микропонижения

Таблица 5.2 Последействие строительства МТ на Е-величины ГК

Глубина, см	Е-величины
	ГК1	ГК2	ГК3
Контроль, 2000г.
0-20	0,068	0,071	0,041
20-40	0,071	0,090	0,045
Трасса, 15 лет (2000г.)
0-20	0,052	0,076	0,048
20-40	0,030	-	0,020

Рис. 5.8. Изменение содержания гуматов после строительства МТ: а - участки, не нарушенные строительством б - трасса

Рис.5.9. Урожай зеленой массы травосмеси после строительства трубопровода А - участки, не нарушенные строительством Б - трасса. 1987, 1988, 1989 - выпад с.-х. культур

Мероприятия по рекультивации техногенной почвы, образовавшейся после строительства магистрального трубопровода (МТ) - выравнивание поверхности поля после засыпки траншеи, возвращение на исходное место гумусированного слоя, внесение органических и минеральных удобрений, известкование, посев однолетних и многолетних трав - способствовали улучшению свойств верхнего техногенного слоя с характерным контрастным режимом увлажнения. Через 15 лет после строительства зафиксированы признаки формирования гумусово-аккумулятивного горизонта светло-серого цвета, отмечены возрастание уровня его гумусированности, позитивные изменения характеристик ППК, улучшение качества гумуса [43;44].

Восстановлению полноценного почвенного профиля препятствовало образование вдоль трассы вымочек шириной до 5-12м и развитие поверхностного оглеения, что явилось следствием оседания насыпной толщи и крайне низкой водопроницаемости слагающего её материала.

В местах образования вымочек техногенная почва приобрела черты поверхностно-оглеенной с характерными морфологическими признаками, очень низкой активностью биохимических процессов на стадии полимеризации гумусовых структур в верхнем слое и практически полным ингибированием этого процесса в нижележащих слоях: гуматы обнаружены только в верхнем 20-см слое в количестве 12-13 % от суммы ГК и отсутствовали в нижних слоях (рис.5.8), где вторая фракция гумусовых кислот представлена исключительно фульватами. Своеобразная направленность процесса гумификации в техногенной почве прослежена также по характеру профильного изменения Е-величин ГК (табл.5.2). До конца периода наблюдений во всех техногенных слоях сохранялась более высокая степень агрессивности ФК по сравнению с ненарушенными участками [44].

Чрезвычайно низкий уровень биопродуктивности техногенной почвы (рис.5.9), неблагоприятная направленность изменений морфологических, физико-химических, биохимических свойств нижних слоев вследствие развития вторичных деградационных процессов, сохранение сильной степени деградации (по запасу гумуса и ГК в 40-см слое) не дают оснований говорить об обратимости деградационных изменений, по крайней мере, на данном этапе. Приведенные результаты позволяют заключить, что деградационные изменения гумуса, зафиксированные на уровне слабой и средней степени, являются обратимыми.

Свойства гумуса, нарушенные в сильной степени (в условиях продолжительного избыточного увлажнения, а также при техногенных воздействиях, осложненных проявлением вторичных деградационных процессов и развитием поверхностного оглеения) не поддаются направленному регулированию с помощью агроприемов.

Характерными признаками необратимости деградационных изменений гумуса являются ярко выраженная фульватная направленность процессов превращения органических веществ (2-4-кратное снижение показателя С_1-10/С_<1), глубокое ингибирование процесса гумификации на стадии полимеризации гумусовых структур (50-80%), 2-4-кратное снижение запаса ГК в 40-см слое.

Глава 6. Диагностические показатели гумусного состояния деградированных дерново-подзолистых почв и оценка их информативности

Для всесторонней оценки особенностей трансформации гумусовых веществ при действии факторов агрогенного, природно-агрогенного и техногенного происхождения использован комплекс показателей, отражающих общие и специфические признаки деградации гумуса в зависимости от характера и интенсивности воздействий (табл.6.1; 6.2).

Таблица 6.1. Диагностические показатели состояния гумуса деградированных дерново- подзолистых почв.

Показатели	Слой, см; горизонт	Оптимальные значения	Направленность изменений	Отклонение показателей от исходного уровня, %
				Степень деградации
				нулевая	слабая	средняя	сильная
Химическая, физико-химическая, биохимическая деградация
Запас гумуса	0-40	130-180т/га	Отрицат.	5-10	10-15	20-25	40-45
Запас ГК	0-40	20-30т/га	То же	15-20	25-30	50-60
Сгк/Сфк	Ар Е	0,8-1,1 0,6-0,8	То же	10-20 20-25	25-35 -	25-40 45-50
С1-10/С<1	Ар Е	1,9-2,3 1,7-1,9	То же	25-30 35-40	- -	35-40 60-65
Сгк1/Сфк1	Ар Е	1,0-1,5 0,8-1,0	То же	5-10 20-25	- -	35-40 -	30-35 40-45
Сгк2/Сфк2	Ар Е	0,6-0,8 0,4-0,7	То же	25-30 20-30	25-35 -	20-50 45-65
ВМК/СМКгк2	Ар	1,2-1,6	То же	5-15	15-20	-
Е-велич. гк2	Ар	0,06-0,08	Разнонапр.	-(10-20)	+(35-40)	-
ФК1а (отн.)	Ар Е	6-8 8-10	Положит. То же	20-40 30-40	10-20 -	10-50 20-50
Механическая деградация
Запас гумуса	0-40	130-180т/га	Отрицат.	-	10-20	25-30	55-65
Запас ГК	0-40	20-30т/га	То же	-	30-40	35-40	75-80
Сгк/Сфк	0-20 20-40	0,8-1,1 0,6-0,8	То же	- -	15-40 5-40	5-15 20-30	55-60 30-40
С1-10/С<1	0-20 20-40	1,9-2,3 1,7-1,9	То же	- -	40-50 40-60	30-40 50-60	70-75 65-70
Сгк1-10/Сгк<1	Ар	3,0-5,0	То же	-	40-60	30-40	-
Сгк1/Сфк1	0-20 20-40	1,0-1,5 0,8-1,0	То же	- -	20-40 30-45	30-40 50-60	45-55 50-55
Сгк2/Сфк2	0-20 20-40	0,6-0,8 0,4-0,7	То же	- -	50-60 35-40	- -	75-80 65-70
Е-велич. гк2	0-20 20-40	0,06-0,08 0,07-0,08	Разнонапр. То же	- -	+(15-20) +(10-15)	-(30-50) -(45-55)	- -
ФК 1а (отн.)	0-20 20-40	6-8 8-10	Положит. То же	- -	30-80 30-35	75-80 50-60	35-45 60-70

Оценка деградационных изменений проведена по отклонению показателей от исходного уровня, характерного для оптимальных условий (т.е. по ослаблению или усилению определенных признаков). Общим признаком деградации гумуса при всех видах неблагоприятных воздействий является дегумификация, или ослабление процесса гумификации на разных стадиях формирования гуминовых кислот, приводящее к изменению состава, упрощению структуры, снижению содержания ГК, в конечном итоге - к ухудшению качества и потере определенного количества гумуса.

На гуминовые кислоты приходится от 40 до 60 % общих потерь гумуса, в основном за счет ГК1 и ГК2, рефлекторных к изменению условий их формирования.

Ингибирование процесса гумификации в большинстве случаев прослежено на обеих стадиях - новообразования ГК и полимеризации гумусовых структур (или формирования гуматов), для характеристики которых применены показатели Сгк1/Сфк1 и Сгк2/Сфк2. ФК (кроме фракции 1а) рассматриваются как предшественники ГК или как продукты их деструкции.

Таблица 6.2. Признаки антропогенной деградации гумуса дерново-подзолистой почвы в зависимости от характера землепользования

Характер землепользования	Преимущественное нарушение условий гумификации	Признаки проявления деградации
Агрогенная химическая, физико-химическая и биохимическая деградация
Многолетнее использование почвы без извести и удобрений	Дефицит гумусо-образователей, декальцинация	Подкисление, уменьшение Sобм., усиление признаков подзолистости, снижение интенсивности новообразования ГК и полимеризации гумусовых структур, деструкция гуматов, возрастание подвижности ГК, усиление признака фульватности гумуса, смена типа гумуса в гор.Е (ГФ>Ф), потеря запаса ГК при незначительном снижении содержания гумуса.
Длительное применение минеральных удобрений без извести	Негативные изменения характеристик ППК	Подкисление, уменьшение Sобм., усиление признаков подзолистости, ослабление процесса полимеризации ГК, деструкция гуматов, возрастание подвижности ГК, усиление признака фульватности гумуса, смена типа гумуса в гор.Е (ГФ>Ф), потеря запаса ГК при незначительном снижении содержания гумуса.
Агрогенная биологическая и биохимическая деградация
Обработка почв гербицидами	Дефицит гумусо-образователей, снижение биологической активности	Снижение биологической активности, ослабление процессов новообразования и полимеризации ГК, деструкция ВМК ГК, смена типа гумуса (ГФ>Ф), снижение подвижности ГК, потеря гумуса и ГК
Природно-агрогенная химическая, физико-химическая и биохимическая деградация
Пашня в условиях избыточного поверхностного увлажнения	Негативные изменения гидрологичес-кого и ОВ режимов, кислотно-щелочного равновесия, состава микроорганиз-мов	Подкисление, трансформация тонкодисперсных частиц с ослаблением процессов новообразования и полимеризации ГК, деструкция ГК1 и упрощение структуры ГК2; смена типа гумуса: в почве ГФ>Ф, Ф>ОФ, во фракциях ЭПЧ Г>ФГ, ФГ>ГФ, Ф>ОФ; возрастание роли ила и снижение роли пылеватых частиц в балансе гумуса и ГК, снижение подвижности ГК, потеря гумуса и ГК
Природно-агрогенная механическая деградация
Использование склонов под пашню в усло- виях действия водно-эрозионного фактора	Изменение гранулометри-ческого состава, состава обменных катионов.	Подкисление, нарушение профиля и характера профильного рас-пределения обменных оснований, уменьшение доли Са в их соста-ве, усиление признака подзолистости, возрастание роли ила и снижение роли пылеватых частиц в балансе гумуса и ГК, снижение интенсивности новообразования ГК (за счет пылеватых частиц), упрощение структуры ГК1 и ГК2 (<1, 1-5), потеря гумуса и ГК
Агротехногенная механическая деградация
Строительство осушительной мелиоративной системы	Изменение гранулометрического состава почвы вследствие смешивания горизонтов	Нарушение профиля, ухудшение химических свойств, снижение показателей интенсивности новообразования и полимеризации ГК (за счет тонкодисперсных частиц), смена типа гумуса: в почве Г>ГФ, ГФ>Ф; во фракциях ЭПЧ Г>ФГ, ФГ>ГФ, ГФ>Ф; возрастание роли ила и снижение роли пыли в балансе гумуса и ГК, упрощение структуры ГК1 мелкой. и ср. пыли, потеря гумуса и ГК
Техногенная механическая деградация
Строительство магистрального трубопровода	Изменение гранулометрического состава почвы вследствие перемешивания горизонтов, материнской и подстилающей пород.	Нарушение стратиграфии почвенного профиля, ухудшение химических свойств, усиление признаков подзолистости, снижение показателей интенсивности новообразования и полимеризации ГК, снижение высокой (средней) степени гумификации до слабой, смена типа гумуса (ГФ>Ф, Ф>ОФ), возрастание роли ила и снижение роли пыли в балансе гумуса, потеря гумуса и ГК

Применение отношения Сгк2/Сфк2 для оценки интенсивности процесса полимеризации и усложнения гумусовых структур основано на закономерном изменении показателя в зонально-генетическом ряду почв и максимальном значении в типичном черноземе, характеризующемся наиболее высокой интенсивностью этого процесса.

Целесообразность применения показателя Сгк1/Сфк1 для условной оценки интенсивности новообразования ГК, по крайней мере, в дерново-подзолистых почвах, обоснована закономерным изменением показателя в ряду дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности.

Снижение интенсивности новообразования ГК прослежено при действии всех факторов деградации кроме 4-летнего применения NPK, где отмечена активизация первой стадии и в то же время замедление второй стадии гумификации по сравнению с исходной почвой.

Снижение интенсивности формирования гуматов наблюдали во всех случаях, кроме смытых почв, где отмечен специфичный характер изменения состава второй фракции гумусовых кислот [44; 45].

Дегумификация во всех случаях сопряжена с возрастанием степени агрессивности ФК и усилением фульватного характера гумуса, диагностируемым показателем С_1-10/С_<1. При агрогенных и природно-агрогенных воздействиях и проявлении химической, физико-химической и биохимической деградации гумуса величины отрицательных отклонений от исходного уровня запаса ГК в 40-см слое, степени и глубины гумификации, интенсивности новообразования ГК и полимеризации гумусовых структур, количественного соотношения гумуса пылеватых и илистых частиц (С_1-10/С<1) в целом соответствовали степени деградации гумуса, характеризуемой по масштабам его потерь в 40-см слое.

При водно-эрозионных и техногенных воздействиях и проявлении механической деградации гумуса прослежен более высокий уровень отклонений большинства показателей и не всегда выраженное соответствие степени деградации (табл.6.1).

Изменение всех перечисленных выше показателей позволяет надежно охарактеризовать признаки деградации гумуса на уровне средней и сильной степени, изменение показателей С_1-10/С_<1 и Сгк2/Сфк2 существенно на всех уровнях деградации.

В то же время отклонения от исходных значений показателей общего содержания и группового состава гумуса (ГСГ) в слабодеградированных почвах, как правило, незначительны. Бульшая информативность выявлена для показателей фракционного состава гумуса (ФСГ). Изменения в содержании и количественном соотношении отдельных фракций гумусовых кислот, адекватно отражающие специфику нарушения условий гумификации, могут рассматриваться как ранние симптомы негативных изменений качественных характеристик гумуса даже на уровне нулевой и слабой степени деградации [44].

Изменения количественных и качественных характеристик гумуса на уровне исходной почвы, групп и фракций гумусовых кислот не позволяют, однако, объяснить механизм трансформации гумусовых кислот при действии разных факторов. Негативные изменения таких условий гумификации, как количество и состав поступающих в почву органических остатков, биологическая активность, структура и видовое разнообразие микробоценозов, характеристики ППК, водно-воздушный и окислительно-восстановительный режимы, фиксируемые при агрогенных и некоторых видах природно-агрогенных воздействий, приводят к развитию химической, физико-химической и биохимической деградации гумуса с характерными признаками деструкции молекулярных структур ГК (табл.6.2).

Специфика деградационной трансформации молекулярных структур ГК в разных экологических условиях охарактеризована показателями оптических свойств, молекулярно-массового распределения, соотношения высоко- и среднемолекулярных компонентов. Неоднозначный характер в изменении показателей в зависимости от специфики нарушения условий гумификации свидетельствует о различии в механизме деструкции молекулярных структур ГК. Различия в характере и степени деструктивных изменений и относительной доле отдельных фракций ГК в структуре общих потерь определяют направленность изменений качественных характеристик и подвижности группы ГК.

При выраженной деструкции ГК1 и ингибировании процесса новообразования ГК (более 30 %) формируется инертная, малоподвижная система ГК. Деструкция гуматов, как следствие выраженной декальцинации, и доминирование их в структуре потерь ГК приводит к повышению подвижности группы ГК. Согласно информации, полученной при изучении состава и свойств гумусовых кислот во фракциях ЭПЧ, деструктивные процессы, характеризуемые по снижению интенсивности новообразования и усложнения гумусовых структур и изменению Е-величин ГК, локализованы преимущественно в наиболее подверженных трансформации тонкодисперсных частицах.

Механическая деградация, фиксируемая при действии водно-эрозионного, агротехногенного и техногенного факторов, обусловлена преимущественно изменением состава и соотношения гранулометрических фракций вследствие разбавления верхней части профиля материалом из нижележащих горизонтов и почвообразующих пород (при водно-эрозионных процессах также вследствие вымывания из гумусово-аккумулятивного горизонта тонкодисперсных частиц).

Признаки механической деградации гумуса диагностируются на профильном уровне (по изменению морфологии гумусового профиля) и комплексом показателей, приведенных в табл.6.1. Наиболее существенные отклонения от исходных значений на разных уровнях деградации отмечены для показателей запаса ГК в 40-см слое, С_1-10/С_<1, Сгк_1-10/Сгк_<1, Сгк1/Сфк1, Сгк2/Сфк2 (кроме смытых почв), содержания ФК1а. Специфичность признаков механической деградации гумуса в каждом конкретном случае диагностируется показателями оптических свойств ГК, являющихся интегральным отражением особенностей распределения показателей в профиле почвы и по фракциям ЭПЧ.

Негативные изменения характеристик гумуса и направленности гумификации ассоциируются, как правило, с вариабельными в количественном отношении фракциями ЭПЧ, что подтверждает механическую природу деградации и подчеркивает значимость показателей гранулометрического состава при оценке признаков механической деградации гумуса.

Комплекс общих и специфических признаков антропогенной деградации гумуса использовали для дифференцированного выбора способов оптимизации гумусного состояния деградированных почв. Позитивная направленность в изменении условий гумификации, интенсивности процессов новообразования ГК и полимеризации гумусовых структур, качественных и количественных характеристик гумуса и гумусовых кислот под влиянием комплекса агромероприятий позволяет говорить об обратимости деградации гумуса агрогенно- и агротехногеннонарушенных почв на уровне слабой и или средней степени деградации.

Свойства гумуса, нарушенные в сильной степени (в поверхностно-оглеенных почвах при продолжительном избыточном увлажнении; при техногенных воздействиях, осложненных проявлением вторичных деградационных процессов и развитием поверхностного оглеения) не поддаются восстановлению с помощью агромероприятий.

Характерными признаками необратимости деградации являются доминирование фульватной направленности процессов превращения органических веществ, 2-3-кратное снижение запаса ГК в 40-см слое, глубокое ингибировангие процесса гумификации на стадии конденсации гумусовых структур (50-80%).

Восстановление запасов ГК, как и их снижение, происходило преимущественно за счет ГК1 и ГК2 и в большей мере их лабильных высокомолекулярных структур, что диагностировано показателями ММ-распределения ГК и оптических свойств.

Негативные и позитивные изменения свойств гумуса коррелировали с уровнем биопродуктивности почв. Доминирующая роль ГК1 и ГК2 в обменных биохимических процессах подтверждена их положительной корреляционной связью (от средней до сильной) с урожаями кукурузы и травосмеси. За счет этих фракций обеспечивается сильная корреляционная связь показателей биопродуктивности с общим уровнем гумусированности и суммарным содержанием ГК.

Во всех случаях прослежена сильная положительная корреляционная связь урожая культур с показателем С_1-10/С_<1, что с учетом высокой информативности на разных уровнях деградации позволяет рассматривать показатель в качестве универсального критерия при оценке признаков антропогенной деградации и реградации гумуса и уровня плодородия в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основании результатов многолетнего исследования предложен системный подход к изучению признаков антропогенной деградации гумуса на разных уровнях его структурной организации, разработан комплекс показателей, позволяющих оценить характер и степень выраженности признаков в зависимости от природы факторов, характера антропогенной нагрузки, вида деградации, специфики нарушения условий гумификации.

Комплекс разработан на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах подзоны южной тайги, сформированных на покро...