Агрохимия, 2019, № 12, стр. 32-38
ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ И КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ГУМУСА ОКУЛЬТУРЕННОЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ В РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ УДОБРЕНИЯ ОВОЩНОГО СЕВООБОРОТА
Е. В. Воропаева 1, *, В. В. Воропаев 2
1 Ленинградский государственный университет им. А.С. Пушкина
196605 Санкт- Петербург–Пушкин, Петербургское ш., 10, Россия
2 Агрофизический научно-исследовательский институт
195220 Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14, Россия
* E-mail: lena.voropaeva.1973@mail.ru
Поступила в редакцию 22.08.2018
После доработки 23.10.2018
Принята к публикации 13.06.2019
Аннотация
Изучено влияние различных систем удобрения на содержание и качественный состав гумуса за ротацию овощного севооборота в дерново-подзолистой почве разной степени окультуренности. Установлено увеличение содержания гумуса во всех вариантах хорошо окультуренной и высоко окультуренной почвы. Показано, что внесение навоза и извести в овощном севообороте оказало положительное влияние на трансформацию фракционного состава гумуса. Действие органо-минеральных систем удобрения проявилось главным образом в перераспределении фракций в составе гумуса, но не вышло за рамки принадлежности к зональному ряду почв. Приемы окультуривания привели к существенному увеличению наиболее трансформируемой части гумуса в хорошо- и высоко окультуренных вариантах.
ВВЕДЕНИЕ
Легкие дерново-подзолистые почвы интенсивно используют в сельскохозяйственном производстве, имея при этом невысокие показатели почвенного плодородия, важнейшими из которых являются уровень содержания гумуса и его качественный состав. Длительное антропогенное воздействие на почву в условиях интенсивного земледелия часто приводит к деградации их гумусового состояния.
Содержание и состав гумусовых веществ являются основными показателями, определяющими процесс почвообразования, диагностические признаки, свойства и режимы почвы. Также гумус выполняет многочисленные экологические функции. При этом гумусовые вещества характеризуются достаточно высокой химической стабильностью и устойчивостью к биологическому разложению и в то же время могут значительно изменяться в результате проведения агротехнических мероприятий.
Проведенные исследования гумуса почв [1–5] показали, что различные агротехнологические приемы воздействуют на многие показатели гумусового состояния почв: содержание и запасы гумуса, распределение их по профилю, изменения во фракционно-групповом составе, химической структуре гумусовых веществ, содержании активных компонентов в составе гумуса. Главным фактором создания благоприятного гумусового режима является применение удобрений.
В связи с этим цель работы – изучение влияния минеральных и органо-минеральных систем удобрения на содержание и фракционно-групповой состав гумуса супесчаной дерново-подзолистой почвы в условиях агрофизического стационара Меньковского филиала Агрофизического научно-исследовательского института.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В 2006 г. в агрофизическом стационаре под руководством Семенова В.А. был заложен опыт по оценке уровня воспроизводства плодородия окультуренной дерново-подзолистой почвы в системах удобрения разной интенсивности.
На подготовительном этапе с 2003 по 2005 г. была сформирована трехвариантная схема системы воспроизводства почвенного плодородия (окультуривания) за счет применения навоза и извести: 1 – контроль без удобрений (средне окультуренная почва), 2 – навоз 160 т/га + известь 1 т/га (хорошо окультуренная почва), 3 – навоз 520 т/га + известь 3 т/га (высоко окультуренная почва). В ходе исследования для поддержания плодородия система удобрения была дополнена внесением навоза под капусту в дозах 80 и 100 т/га в вариантах 2 и 3.
Дополнительным фактором исследования была минеральная система удобрения, направленная на регулирование питания культур в соответствии с их биологическими особенностями и различными уровнями интенсивности технологий их возделывания. Расчет доз минеральных удобрений осуществляли на планируемую урожайность по приходу ФАР с поправкой на плодородие почвы. Внесение удобрений в севообороте осуществляли по схеме, представленной в табл. 1.
Таблица 1.
Применение систем удобрения в овощном севообороте на различной по степени окультуривания дерново-подзолистой почве
| Культура | Вариант | Уровни окультуривания почвы | ||
|---|---|---|---|---|
| cредне окультуренная | хорошо окультуренная | высоко окультуренная | ||
| Капуста белокочанная | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | N50Р0К0 | 80 т/га + N70Р40К80 | 100 т/га + N80Р50К90 | |
| 3 | N70Р30К60 | 80 т/га + N90Р70К100 | 100 т/га + N110Р80К110 | |
| Морковь столовая | 1 | N40Р0К20 | N40Р10К30 | N60Р20К40 |
| 2 | N90Р50К70 | N110Р60К80 | N110Р60К80 | |
| 3 | N110Р80К110 | N120Р90К110 | N130Р90К120 | |
| Свекла столовая | 1 | 0 | N40Р0К30 | N40Р20К30 |
| 2 | N40Р20К50 | N60Р0К50 | N70Р30К50 | |
| 3 | N70Р30К80 | N100Р40К80 | N110Р50К50 | |
| Ячмень + многолетние травы 1-го года пользования | 1 | N30Р0К30 | N45Р0К0 | N40Р0К0 |
| 2 | N40Р10К40 | N55Р30К30 | N60Р30К30 | |
| 3 | N70Р30К70 | N100Р60К70 | N110Р50К60 | |
| Многолетние травы 2-го года пользования | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | N50Р0К70 | N50Р0К70 | N50Р0К70 | |
| 3 | N70Р0К90 | N70Р0К90 | N70Р0К90 | |
Примечание. Нумерация вариантов та же в табл. 2–5.
Исходная почва опыта – дерново-слабоподзолистая окультуренная супесчаная с оптимальными параметрами агрохимических свойств: рНKCl 5.6, содержание гумуса – 3%, Nобщ – 0.14%, содержание подвижных соединений P2O5 – 285 мг/кг, K2O – 220 мг/кг. К 2006 г. показатели были улучшены до следующих величин: рНKCl 6.2 и 6.4, содержание гумуса – 3.5–3.8%, Nобщ – 0.20 и 0.22%, содержание подвижных соединений P2O5 – 355 и 433 мг/кг, K2O – 484 и 738 мг/кг в вариантах 2 и 3 соответственно.
Исследование провели в овощном севообороте: капуста белокочанная–столовая морковь–столовая свекла–ячмень + многолетние травы– многолетние травы 1-го года пользования–многолетние травы 2-го года пользования (клевер красный + тимофеевка луговая).
Программа наблюдений включала отбор образцов после окончания ротации севооборота с целью определения изменения содержания в почве гумуса, его лабильных форм и группового состава. Общий углерод определяли по Тюрину, групповой состав гумуса – по Тюрину в модификации Пономаревой–Плотниковой, лабильный – по методу Почвенного института, углерод, экстрагируемый горячей водой, – по Шульц–Кершенсу.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание общего углерода и гумуса в вариантах опыта представлено в табл. 2.
Таблица 2.
Содержание общего углерода и гумуса в вариантах опыта в 2006 и 2011 гг.
| Вариант | 2006 г. | 2011 г. | ||
|---|---|---|---|---|
| С | гумус | С | гумус | |
| % | ||||
| Средне окультуренная почва | ||||
| 1 | 2.11 | 3.64 | 1.81 | 3.12 |
| 2 | 1.66 | 2.86 | 1.60 | 2.76 |
| 3 | 1.59 | 2.75 | 1.90 | 3.28 |
| Хорошо окультуренная почва | ||||
| 1 | 2.02 | 3.49 | 2.51 | 4.33 |
| 2 | 2.35 | 4.04 | 2.98 | 5.13 |
| 3 | 2.26 | 3.90 | 3.45 | 5.25 |
| Высоко окультуренная почва | ||||
| 1 | 2.23 | 3.84 | 2.78 | 4.80 |
| 2 | 2.33 | 4.03 | 2.64 | 4.55 |
| 3 | 2.26 | 3.89 | 2.80 | 4.83 |
| НСР0.5 | 0.1 | – | 0.1 | – |
Количество гумуса по итогам 1-й ротации овощного севооборота достоверно снизилось на 0.52% в контрольном варианте средне окультуренной почвы. Такое снижение содержания гумуса произошло в результате повышения его минерализации под пропашными культурами севооборота. В варианте 3 средне окультуренной почвы содержание гумуса за ротацию увеличилось на 0.53%, что было связано с увеличением поступления послеуборочных остатков в почву при применении интенсивной минеральной системы удобрения.
Применение органических удобрений и мелиоранта способствовало увеличению содержания гумуса во всех вариантах хорошо окультуренной и высоко окультуренной почвы. На хорошо окультуренной почве при внесении минеральных удобрений количество гумуса возросло на 0.84%, в варианте 2 – на 1.09, в варианте 3 – на 1.35%. В вариантах с высоко окультуренной почвой содержание гумуса увеличилось в варианте 1 на 0.96, 2 – на 0.52, 3 – на 0.94%.
Возрастание количества гумуса в вариантах с хорошо и высоко окультуренной почвой произошло как в результате внесения органических удобрений, так и в результате увеличения поступления в почву послеуборочных и корневых остатков возделываемых в севообороте культур, особенно многолетних трав.
Известно, что применение минеральных, органических и известковых удобрений способствует созданию и сохранению благоприятного гумусового режима дерново-подзолистых почв. При этом системы удобрения должны не только поддерживать оптимальное количество гумуса, но и способствовать улучшению его качественного состава.
При изучении качественных показателей гумуса в 2006 г. (табл. 3) установлено, что исходная почва опыта без внесения навоза и извести (средне окультуренный вариант) характеризовалась низким содержанием всех фракций ГК, в составе которых преобладали фракции ГК-1 и ГК-3. Фракция ГК-2 отсутствовала. Суммарное содержание ФК в почве было больше суммы ГК, при этом соотношение СГК : СФК составляло 0.70–0.72.
Таблица 3.
Фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой почвы
| Вариант | Собщ, % | Фракции ГК | Фракции ФК | Σ фракций | НО | $\frac{{{\text{ГК}}}}{{{\text{ФК}}}}$ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | Σ | 1а | 1 | 2 | 3 | Σ | |||||
| 2006 г. | |||||||||||||
| Средне окультуренная почва | |||||||||||||
| 1 | 2.11 | $\frac{{0.30}}{{14.3}}$ | $\frac{{0.0}}{0}$ | $\frac{{0.25}}{{11.9}}$ | $\frac{{0.55}}{{26.2}}$ | $\frac{{0.08}}{{3.8}}$ | $\frac{{0.24}}{{11.4}}$ | $\frac{{0.16}}{{7.6}}$ | $\frac{{0.29}}{{13.8}}$ | $\frac{{0.77}}{{36.7}}$ | $\frac{{1.32}}{{62.8}}$ | $\frac{{0.79}}{{37.2}}$ | 0.71 |
| 2 | 1.66 | $\frac{{0.26}}{{15.3}}$ | $\frac{{0.0}}{0}$ | $\frac{{0.22}}{{12.9}}$ | $\frac{{0.48}}{{28.2}}$ | $\frac{{0.08}}{{4.7}}$ | $\frac{{0.19}}{{11.2}}$ | $\frac{{0.15}}{{8.8}}$ | $\frac{{0.26}}{{15.3}}$ | $\frac{{0.68}}{{40.0}}$ | $\frac{{1.16}}{{68.2}}$ | $\frac{{0.50}}{{31.8}}$ | 0.70 |
| 3 | 1.59 | $\frac{{0.25}}{{15.6}}$ | $\frac{{0.0}}{0}$ | $\frac{{0.21}}{{13.1}}$ | $\frac{{0.46}}{{28.7}}$ | $\frac{{0.07}}{{4.4}}$ | $\frac{{0.19}}{{11.9}}$ | $\frac{{0.13}}{{8.1}}$ | $\frac{{0.25}}{{15.6}}$ | $\frac{{0.64}}{{40.0}}$ | $\frac{{1.10}}{{68.7}}$ | $\frac{{0.49}}{{31.3}}$ | 0.72 |
| Хорошо окультуренная почва | |||||||||||||
| 1 | 2.02 | $\frac{{0.40}}{{20.0}}$ | $\frac{{0.0}}{0}$ | $\frac{{0.35}}{{17.5}}$ | $\frac{{0.75}}{{37.5}}$ | $\frac{{0.08}}{{4.0}}$ | $\frac{{0.40}}{{20.0}}$ | $\frac{{0.10}}{{5.0}}$ | $\frac{{0.30}}{{15.0}}$ | $\frac{{0.88}}{{44.0}}$ | $\frac{{1.63}}{{81.5}}$ | $\frac{{0.39}}{{18.5}}$ | 0.85 |
| 2 | 2.35 | $\frac{{0.43}}{{18.7}}$ | $\frac{{0.0}}{0}$ | $\frac{{0.39}}{{16.9}}$ | $\frac{{0.82}}{{35.6}}$ | $\frac{{0.09}}{{3.9}}$ | $\frac{{0.42}}{{18.3}}$ | $\frac{{0.11}}{{4.8}}$ | $\frac{{0.34}}{{14.8}}$ | $\frac{{0.96}}{{41.7}}$ | $\frac{{1.78}}{{77.4}}$ | $\frac{{0.57}}{{22.6}}$ | 0.85 |
| 3 | 2.26 | $\frac{{0.44}}{{19.1}}$ | $\frac{{0.0}}{0}$ | $\frac{{0.36}}{{15.6}}$ | $\frac{{0.80}}{{34.8}}$ | $\frac{{0.09}}{{3.9}}$ | $\frac{{0.39}}{{16.9}}$ | $\frac{{0.12}}{{5.2}}$ | $\frac{{0.33}}{{14.3}}$ | $\frac{{0.93}}{{40.4}}$ | $\frac{{1.73}}{{75.2}}$ | $\frac{{0.53}}{{24.8}}$ | 0.86 |
| Высоко окультуренная почва | |||||||||||||
| 1 | 2.23 | $\frac{{0.37}}{{16.8}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.9}}$ | $\frac{{0.34}}{{15.4}}$ | $\frac{{0.71}}{{32.3}}$ | $\frac{{0.08}}{{3.6}}$ | $\frac{{0.32}}{{14.5}}$ | $\frac{{0.11}}{{5.0}}$ | $\frac{{0.34}}{{15.4}}$ | $\frac{{0.85}}{{38.6}}$ | $\frac{{1.56}}{{70.9}}$ | $\frac{{0.67}}{{29.1}}$ | 0.83 |
| 2 | 2.33 | $\frac{{0.38}}{{16.5}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.9}}$ | $\frac{{0.34}}{{14.8}}$ | $\frac{{0.72}}{{30.4}}$ | $\frac{{0.08}}{{3.5}}$ | $\frac{{0.34}}{{14.8}}$ | $\frac{{0.09}}{{3.9}}$ | $\frac{{0.35}}{{15.2}}$ | $\frac{{0.86}}{{37.4}}$ | $\frac{{1.58}}{{68.7}}$ | $\frac{{0.75}}{{31.3}}$ | 0.84 |
| 3 | 2.26 | $\frac{{0.37}}{{16.1}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.9}}$ | $\frac{{0.35}}{{15.2}}$ | $\frac{{0.74}}{{32.2}}$ | $\frac{{0.08}}{{3.5}}$ | $\frac{{0.34}}{{14.8}}$ | $\frac{{0.10}}{{4.3}}$ | $\frac{{0.35}}{{15.2}}$ | $\frac{{0.87}}{{37.8}}$ | $\frac{{1.61}}{{70.0}}$ | $\frac{{0.65}}{{30.0}}$ | 0.85 |
| НСР0.5 | 0.1 | $\frac{{0.02}}{{0.3}}$ | $\frac{{0.01}}{{0.5}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.4}}$ | − | $\frac{{0.01}}{{0.2}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.6}}$ | $\frac{{0.01}}{{0.3}}$ | $\frac{{0.01}}{{0.4}}$ | − | − | − | − |
| 2011 г. | |||||||||||||
| Средне окультуренная почва | |||||||||||||
| 1 | 1.81 | $\frac{{0.31}}{{17.2}}$ | $\frac{{0.02}}{{1.1}}$ | $\frac{{0.28}}{{15.5}}$ | $\frac{{0.61}}{{33.9}}$ | $\frac{{0.07}}{{3.9}}$ | $\frac{{0.32}}{{17.7}}$ | $\frac{{0.03}}{{1.7}}$ | $\frac{{0.38}}{{21.1}}$ | $\frac{{0.80}}{{44.4}}$ | $\frac{{1.41}}{{78.3}}$ | $\frac{{0.40}}{{21.7}}$ | 0.76 |
| 2 | 1.60 | $\frac{{0.28}}{{17.5}}$ | $\frac{{0.02}}{{1.2}}$ | $\frac{{0.25}}{{15.6}}$ | $\frac{{0.55}}{{34.3}}$ | $\frac{{0.07}}{{4.3}}$ | $\frac{{0.29}}{{18.1}}$ | $\frac{{0.05}}{{3.1}}$ | $\frac{{0.35}}{{21.8}}$ | $\frac{{0.76}}{{47.5}}$ | $\frac{{1.31}}{{81.8}}$ | $\frac{{0.29}}{{18.2}}$ | 0.72 |
| 3 | 1.90 | $\frac{{0.33}}{{17.4}}$ | $\frac{{0.02}}{{1.0}}$ | $\frac{{0.29}}{{15.3}}$ | $\frac{{0.64}}{{33.7}}$ | $\frac{{0.06}}{{3.1}}$ | $\frac{{0.30}}{{15.7}}$ | $\frac{{0.04}}{{2.1}}$ | $\frac{{0.39}}{{20.5}}$ | $\frac{{0.79}}{{41.6}}$ | $\frac{{1.43}}{{75.3}}$ | $\frac{{0.47}}{{24.7}}$ | 0.81 |
| Хорошо окультуренная почва | |||||||||||||
| 1 | 2.51 | $\frac{{0.39}}{{15.6}}$ | $\frac{{0.06}}{{2.4}}$ | $\frac{{0.34}}{{13.6}}$ | $\frac{{0.79}}{{31.6}}$ | $\frac{{0.07}}{{2.8}}$ | $\frac{{0.34}}{{13.6}}$ | $\frac{{0.12}}{{4.8}}$ | $\frac{{0.31}}{{12.4}}$ | $\frac{{0.84}}{{33.6}}$ | $\frac{{1.63}}{{65.2}}$ | $\frac{{0.88}}{{34.8}}$ | 0.94 |
| 2 | 2.98 | $\frac{{0.42}}{{14.5}}$ | $\frac{{0.06}}{{2.1}}$ | $\frac{{0.43}}{{14.8}}$ | $\frac{{0.91}}{{31.4}}$ | $\frac{{0.08}}{{2.7}}$ | $\frac{{0.39}}{{13.4}}$ | $\frac{{0.13}}{{4.5}}$ | $\frac{{0.45}}{{15.5}}$ | $\frac{{1.05}}{{36.2}}$ | $\frac{{1.96}}{{67.6}}$ | $\frac{{1.02}}{{32.4}}$ | 0.87 |
| 3 | 3.45 | $\frac{{0.43}}{{14.3}}$ | $\frac{{0.09}}{{3.0}}$ | $\frac{{0.44}}{{14.7}}$ | $\frac{{0.96}}{{32.0}}$ | $\frac{{0.07}}{{2.4}}$ | $\frac{{0.39}}{{13.0}}$ | $\frac{{0.09}}{{3.0}}$ | $\frac{{0.39}}{{13.0}}$ | $\frac{{0.94}}{{31.3}}$ | $\frac{{1.90}}{{63.3}}$ | $\frac{{1.55}}{{36.7}}$ | 1.02 |
| Высоко окультуренная почва | |||||||||||||
| 1 | 2.78 | $\frac{{0.37}}{{13.2}}$ | $\frac{{0.09}}{{3.2}}$ | $\frac{{0.39}}{{13.9}}$ | $\frac{{0.85}}{{29.6}}$ | $\frac{{0.07}}{{2.5}}$ | $\frac{{0.39}}{{13.9}}$ | $\frac{{0.11}}{{3.9}}$ | $\frac{{0.32}}{{11.4}}$ | $\frac{{0.92}}{{32.8}}$ | $\frac{{1.77}}{{63.2}}$ | $\frac{{1.01}}{{36.8}}$ | 0.92 |
| 2 | 2.64 | $\frac{{0.36}}{{13.8}}$ | $\frac{{0.11}}{{4.2}}$ | $\frac{{0.38}}{{14.6}}$ | $\frac{{0.85}}{{32.7}}$ | $\frac{{0.07}}{{2.7}}$ | $\frac{{0.36}}{{13.8}}$ | $\frac{{0.08}}{{3.1}}$ | $\frac{{0.36}}{{13.8}}$ | $\frac{{0.87}}{{33.5}}$ | $\frac{{1.72}}{{66.1}}$ | $\frac{{0.92}}{{33.9}}$ | 0.97 |
| 3 | 2.80 | $\frac{{0.34}}{{12.1}}$ | $\frac{{0.12}}{{4.3}}$ | $\frac{{0.40}}{{14.3}}$ | $\frac{{0.86}}{{30.7}}$ | $\frac{{0.07}}{{2.5}}$ | $\frac{{0.33}}{{12.5}}$ | $\frac{{0.09}}{{3.2}}$ | $\frac{{0.33}}{{11.8}}$ | $\frac{{0.84}}{{30.0}}$ | $\frac{{1.70}}{{60.7}}$ | $\frac{{1.10}}{{39.3}}$ | 1.05 |
| НСР0.5 | 0.1 | $\frac{{0.02}}{{0.4}}$ | $\frac{{0.01}}{{0.6}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.4}}$ | – | $\frac{{0.01}}{{0.3}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.5}}$ | $\frac{{0.01}}{{0.3}}$ | $\frac{{0.01}}{{0.8}}$ | – | – | – | – |
Внесение навоза и извести на подготовительном этапе (хорошо окультуренный вариант) привело к увеличению суммы ГК за счет фракций ГК-1 и ГК-3, количество фракции ГК-2 не изменилось. Возросло суммарное количество ФК, в основном в результате увеличения фракции ФК-1. Соотношение СГК : СФК составило 0.85–0.86.
Применение высокой дозы органических удобрений и извести (высоко окультуренный вариант) привело к появлению фракции ГК-2 в составе гумуса, но не обеспечило дальнейшего улучшения его качественного состава. Таким образом, приемы окультуривания приводили к изменению фракционно-группового состава гумуса почвы, но при этом сохранялись типичные для данных почв признаки гумусообразования: низкое содержание фракции ГК-2, преобладание в групповом составе ФК и, как следствие, фульватная направленность процессов образования гумуса.
Приемы сельскохозяйственного использования почвы за ротацию овощного севооборота привели не только к изменению содержания гумуса, но и его фракционно-группового состава. Анализ данных табл. 3 показал увеличение суммы ГК, в т.ч. количества наиболее агрономически ценной фракции ГК-2, предположительно связанной с Са. По мнению авторов работы [1], это закономерный процесс, названный расфракционированием или перегруппировкой фракций, который наблюдают в гумусе дерново-подзолистых почв при известковании. В результате, наряду с уменьшением содержания ГК, переходящих в непосредственную щелочную вытяжку, увеличивается доля фракции ГК-2, связанной с Са.
Такая же закономерность была отмечена в составе ФК. Суммарное количество ФК возрастало (в % к С), при этом выявлена тенденция к снижению наиболее агрессивной фракции ФК-1а.
Внесение органических удобрений приводило к увеличению в составе гумуса относительного содержания негидролизуемого остатка, что связано с поступлением большого количества растительных остатков многолетних трав и полугумифицированных веществ с навозом. Известно, что в органических удобрениях содержится большое количество гумифицированных и полугумифицированных продуктов, содержащих лигниноподобные соединения, способные входить в состав негидролизуемого остатка [6, 7].
Соотношение СГК : СФК возрастало во всех вариантах опыта. Гуматную направленность процесса образования гумуса в дерново-подзолистой супесчаной почве обеспечивали наиболее интенсивные минеральные системы удобрения на фоне внесения навоза и применения извести.
По мнению некоторых исследователей [8], органическое вещество почв подразделяется на 2 фракции: первая – относительно инертное вещество почвы, и вторая – разлагаемая часть органического углерода. Роль второй части является особенно значимой в питании растений, т.к. она влияет на процессы минерализации и иммобилизации питательных веществ.
Э. Шульц и М. Кершенс [9] считали, что достоверным параметром оценки разлагаемой части органического вещества (ОВ) является содержание углерода, экстрагируемого горячей водой (Сэгв) (табл. 4). Установлено, что разлагаемая часть ОВ почв зависит от применения органических удобрений. Внесение навоза и мелиоранта привело к увеличению Сэгв в 2006 г. в хорошо и высоко окультуренных вариантах на 25–50%. Содержание Сэгв за ротацию овощного севооборота снижалось, особенно существенно в высоко окультуренных вариантах.
Таблица 4.
Содержание углерода, извлекаемого горячей водой, пирофосфатом натрия и щелочью
| Вариант | Собщ, % | Сэгв, мг/кг | Спир (рН 7.0) | СNaOH |
|---|---|---|---|---|
| % к массе почвы | ||||
| Средне окультуренная почва | ||||
| 1 | $\frac{{2.1}}{{1.8}}$ | $\frac{{49}}{{38}}$ | $\frac{{0.43}}{{0.32}}$ | $\frac{{0.62}}{{0.70}}$ |
| 2 | $\frac{{1.7}}{{1.6}}$ | $\frac{{52}}{{36}}$ | $\frac{{0.41}}{{0.33}}$ | $\frac{{0.53}}{{0.64}}$ |
| 3 | $\frac{{1.6}}{{1.9}}$ | $\frac{{46}}{{37}}$ | $\frac{{0.40}}{{0.30}}$ | $\frac{{0.51}}{{0.69}}$ |
| Хорошо окультуренная почва | ||||
| 1 | $\frac{{2.0}}{{2.5}}$ | $\frac{{77}}{{47}}$ | $\frac{{0.45}}{{0.39}}$ | $\frac{{0.88}}{{0.80}}$ |
| 2 | $\frac{{2.3}}{{2.9}}$ | $\frac{{76}}{{51}}$ | $\frac{{0.48}}{{0.42}}$ | $\frac{{0.94}}{{0.89}}$ |
| 3 | $\frac{{2.3}}{{3.0}}$ | $\frac{{79}}{{50}}$ | $\frac{{0.53}}{{0.45}}$ | $\frac{{0.92}}{{0.89}}$ |
| Высоко окультуренная почва | ||||
| 1 | $\frac{{2.2}}{{2.8}}$ | $\frac{{98}}{{60}}$ | $\frac{{0.49}}{{0.39}}$ | $\frac{{0.77}}{{0.83}}$ |
| 2 | $\frac{{2.3}}{{2.6}}$ | $\frac{{99}}{{57}}$ | $\frac{{0.48}}{{0.40}}$ | $\frac{{0.80}}{{0.79}}$ |
| 3 | $\frac{{2.3}}{{2.8}}$ | $\frac{{101}}{{59}}$ | $\frac{{0.47}}{{0.39}}$ | $\frac{{0.79}}{{0.74}}$ |
| НСР0.5 | – | $\frac{{2.0}}{{1.0}}$ | $\frac{{0.01}}{{0.2}}$ | $\frac{{0.02}}{{0.4}}$ |
Сотрудниками Почвенного института им. В.В. Докучаева показано, что для дерново-подзолистых почв наиболее информативной для суждения о лабильных формах гумусовых веществ является вытяжка децимолярного раствора нейтрального пирофосфата натрия [2]. В нашем опыте в исследованную вытяжку переходило небольшое количество гумусовых веществ – от 0.3 до 0.5%. Содержание углерода, экстрагируемого пирофосфатом натрия, уменьшалось за ротацию севооборота на 0.06–0.11%.
На основании проведенных исследований в работе [3] предположили, что в дерново-подзолистой почве непосредственная щелочная вытяжка экстрагирует из почвы наиболее лабильные гумусовые вещества. Уменьшение содержания данных гумусовых веществ в хорошо и высоко окультуренной почвах происходило в результате перехода некоторой части наиболее оптически плотных гумусовых кислот во фракцию ГК-2, связанную с кальцием. Содержание углерода, извлекаемого 0.1 н. NаОН незначительно возрастало в средне окультуренных вариантах, в хорошо и высоко окультуренных почвах оно снижалось.
Одним из важнейших показателей гумусового состояния почв является глубина гумификации органического вещества, о которой судят по индексу оптической плотности гуминовых кислот. Этот показатель, разработанный Т.А. Плотниковой и В.В. Пономаревой [10], характеризует выраженность ароматических структур в молекулах гумусовых кислот и является наиболее информативным для характеристики их химической природы.
Индекс оптической плотности гуминовых кислот в вариантах с применением органо-минеральной системы удобрения незначительно снижался, что можно было рассматривать как тенденцию к уменьшению доли ароматических структур в молекулах и увеличению их алифатической части (табл. 5).
Таблица 5.
Оптическая плотность фракции ГК-1 (2011 г.)
| Вариант | Собщ, % | Оптическая плотность, Есмг/мл |
|---|---|---|
| Средне окультуренная почва | ||
| 1 | 1.81 | 6.9 |
| 2 | 1.60 | 7.5 |
| 3 | 1.90 | 6.4 |
| Хорошо окультуренная почва | ||
| 1 | 2.51 | 6.0 |
| 2 | 2.98 | 5.8 |
| 3 | 3.45 | 5.7 |
| Высоко окультуренная почва | ||
| 1 | 2.78 | 6.0 |
| 2 | 2.64 | 6.1 |
| 3 | 2.80 | 6.1 |
Слабое влияние окультуривания легкой дерново-подзолистой почвы на величину оптической плотности гуминовых кислот отмечали в работе [11], что позволило выделить биоклиматический фактор как главный в формировании гуминовых кислот.
По мнению [10], биоклиматические условия Нечерноземной зоны способствуют формированию в подзолистых почвах гумусовых веществ типа фульвокислот, а гуминовые кислоты этих почв отличаются низкой оптической плотностью, что указывает на их слабую конденсированность и близость к фульвокислотам.
Таким образом, приемы окультуривания, улучшая агрохимические свойства почвы и оптимизируя почвенную микрофлору, оказали двойственное влияние на фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой супесчаной почвы. С одной стороны, с внесением больших доз навоза увеличилось количество подвижных гуминовых и фульвокислот. Одновременно активизировалась почвенная биота, что усилило процессы минерализации гумусовых веществ и привело к уменьшению количества нерастворимого остатка. Органические удобрения стимулировали процессы гумификации, и это в результате обеспечило увеличение суммарного содержания гуминовых кислот, вследствие чего отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот в среднем в опыте расширилось.
По результатам ротации овощного севооборота установлено увеличение содержания подвижных гумусовых веществ при внесении минеральных удобрений в средне окультуренных вариантах. По данным фракционно-группового состава можно сделать вывод о мобилизующем действии минеральных удобрений на почвенный гумус, в котором увеличилось содержание подвижных фракций, используемых в питании растений.
Внесение навоза и извести в овощном севообороте оказало положительное влияние на трансформацию фракционного состава гумуса, способствуя увеличению содержания гуматов кальция в пахотном слое и уменьшая количество подвижных гумусовых веществ в хорошо и высоко окультуренных вариантах.
Увеличение нерастворимого остатка в хорошо и высоко окультуренных вариантах было обусловлено поступлением большого количества свежих растительных остатков, которые при дальнейшей трансформации включались в состав гумина, что способствовало стабилизации гумуса почвы.
Действие органо-минеральных систем удобрения проявлялось главным образом в перераспределении фракций в составе гумуса, но не выходило за рамки принадлежности состава гумуса к зональному ряду почв по основным показателям: типу гумуса, отношению углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот, величине нерастворимого остатка и другие.
Приемы окультуривания приводили к существенному увеличению содержания наиболее трансформируемой части гумуса в хорошо и высоко окультуренных вариантах. Однако высокое содержание активного пула гумуса (Сэгв) при внесении больших доз навоза неизбежно связано с потерями углерода почвы и может быть экономически не выгодным и экологически небезопасным.
ВЫВОДЫ
1. Количество гумуса снизилось в контрольном варианте средне окультуренной почвы на 0.52%. Во всех вариантах хорошо окультуренной и высоко окультуренной почвы содержание гумуса достоверно увеличилось.
2. Супесчаная дерново-подзолистая почва без окультуривания содержала в сумме больше ФК, чем ГК, в связи с чем соотношение СГК : СФК составляло 0.72–0.81. Гумус во всех опытных вариантах был гуматно-фульватного типа.
3. Внесение навоза и извести на подготовительном этапе опыта привело к увеличению суммы ГК за счет фракций ГК-1 и ГК-3. Соотношение СГК : СФК составило 0.83–0.86.
4. Органо-минеральная система удобрения овощного севооборота вызвала уменьшение содержания фракции ГК-1 в хорошо и высоко окультуренных вариантах, при этом возросло количество наиболее агрономически ценной фракции ГК-2.
5. Внесение органических удобрений приводило к увеличению в составе гумуса относительного содержания нерастворимого остатка до 32.4–39.3% от общего С почвы против 20.5–21.8% в исходной почве.
6. Органо-минеральная система удобрения на фоне приемов окультуривания обеспечила расширение соотношения СГК : СФК до 0.87–1.05.
7. Содержание углерода, экстрагируемого горячей водой, пирофосфатом натрия и 0.1 н. NаОН увеличилось при применении органо-минеральных систем удобрения.
8. Органо-минеральная система удобрения на фоне окультуривания показала тенденцию к снижению оптической плотности фракции ГК-1.
Список литературы
Бакина Л.Г., Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Изменение содержания и состава гумуса дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в длительном полевом опыте по известкованию // Почвоведение. 2011. № 5. С. 572–581.
Бакина Л.Г., Орлова Н.Е. Особенности извлечения гумусовых кислот из почв растворами пирофосфата натрия различной щелочности // Почвоведение. 2012. № 4. С. 445–452.
Бакина Л.Г., Плотникова Т.А., Митина О.Ж. Лабильность гумусовых веществ дерново-подзолистой глинистой почвы Северо-Запада России при известковании // Агрохимия. 1997. № 6. С. 27–31.
Воропаева Е.В. Гумусное состояние светло-серых лесных почв Волго-Вятского региона при длительном систематическом применении различных систем удобрения: Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. СПб.–Пушкин: СПбГАУ, 1998. 16 с.
Воропаева Е.В. Трансформация гумуса окультуренной дерново-подзолистой почвы в овощном севообороте // Мат-лы научн. сессии Агрофизического института по итогам 2013 г. Санкт-Петербург, 20‒21 марта 2014 г. СПб.: АФИ, 2014. С. 79–84.
Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. 288 с.
Лапа В.В., Серая Т.М., Богатырева Е.Н., Бирюкова О.М. Влияние длительного применения удобрений на групповой и фракционный состав гумуса дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы // Агрохимия и плодородие почв. 2011. № 1. С. 111–116.
Когут Б.М. Принципы и методы оценки содержания трансформируемого органического вещества в пахотных почвах // Почвоведение. 2003. № 3. С. 308–316.
Шульц Э., Кершенс М. Характеристика разлагаемой части органического вещества почв и ее трансформации при помощи экстракции горячей водой // Почвоведение. 1998. № 7. С. 890–894.
Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения). Л.: Наука, 1980. 222 с.
Литвинович А.В., Павлова О.Ю. Трансформация состава и свойств хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава. СПб.: АФИ, 2011. 108 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Пн.-пт.: 10.00-19.00