АГРОГЕННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО И ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА АЗОТА, ФОСФОРА И КАЛИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ

Трансформация химического состава

Закономерности трансформации химического состава торфяных почв под влиянием осушения и длительного сельскохозяйственного использования

Результаты наших исследований по данному вопросу, приведенные в табл. 3.1, 3.2 и опубликованные в работах [102, ПО, 117], показывают, что неосушенная торфяно-болотная почва в естественном состоянии характеризуется высоким содержанием в слое 0-40 см органического углерода и азота, средним - фосфора, магния и кальция и очень низким - калия. Важным генетическим признаком торфяной почвы является соотношение углерода и азота, которое в слое 5-20 см составляет в среднем 11,1. В этом же слое почвы содержание углерода на 5,6 % ниже, а содержание азота, фосфора и калия выше, чем в слое 21-40 см. Более широкое соотношение C:N указывает, что в слое 21-40 см органическое вещество содержит меньше азота, чем в слое 0-20 см.

Приведенные в табл. 3.1 данные показывают, что в результате сельскохозяйственного использования осушенного среднемощного торфяника в течение 50 лет мощность торфяного слоя снизилась на 50-70 см, но материнская порода еще не припахивается.

Существенные изменения произошли и в химическом составе агроторфя-ной почвы (табл. 3.1, 3.2). По сравнению с неосушенной в ней снизилось содержание углерода, азота, кальция и существенно увеличилось, в результате внесения удобрений, известкования и др., содержание фосфора, калия и магния. В то же время за указанный период существенных генотипических изменений в структуре органического вещества, характеризующегося прежде всего соотношением C:N, не произошло. Этот показатель составляет в среднем 11,6 и по своему уровню примерно соответствует исходной торфяно-болотной почве. Однако такое соотношение углерода к азоту указывает и на то, что органическое вещество почвы высоко обеспечено азотом и интенсивно минерализуется. Следует особо отметить почву разреза № 24. Минерализация органического вещества торфяной почвы данного поля, в связи с тем что чаще высевался картофель, произошла наиболее интенсивно, это привело к более существенной потере ОВ, углерода и азота. Однако по соотношению C:N эта почва не потеряла черты, присущие торфяно-болотным почвам.

Антропогенно-преобразованные торфяные почвы разных стадий трансформации отличаются величиной содержания и составом химических элементов в слое 0-20 и особенно 21-40 см. С уменьшением содержания органического вещества в пахотном слое этих почв снижается также и содержание валовых форм азота - с 3,60 % (ОВ = 82,5 %) до 0,16 % (ОВ = 4,8 %); Р_?О₅ - с 0,71 до 0,09; К₂О - с 0,17 до 0,05; СаО - с 1,49 до 0,01 и MgO - с 0,65 до 0,02 % соответственно. Изменяется химический состав почв и в слое 21-40 см.

Таблица 3.1. Трансформация генетического типа среднемощной агроторфяной почвы за 50-летний период сельскохозяйственного использования

Примечание. Над чертой - слой 0-20 см, под чертой - 21-40 см.

* Исходное состояние 135-168 см.

Таблица 3.2. Химический состав торфяных почв разных стадий эволюции

’Среднее из выборки.

• 0.8
• 0,7
• 0.6
• 0.5
• 0.4
• 0.3
• 0.2
• 0.1
• 0

ов.%

О 20 40 60 80 100

ОВ. %

Са, %

Рис. 3.1. Зависимость накопления в почвах (слой 0-20 см) азота, углерода, Р₂О₅, К_?О, СаО и MgO от содержания ОВ

Результаты корреляционно-регрессионного анализа зависимости изменений содержания элементов питания в почве от содержания в ней органического вещества (ОВ) в слое 0-20 см (рис. 3.1, 3.2) показывают, что между содержанием ОВ в почве (х = 2,5-88,5 %) и углеродом, азотом, калием, кальцием установлены тесные зависимости (Т?²= 0,80-0,99), описываемые соответствующими уравнениями регрессиями. В целом отмечается более слабая связь между содержанием в почвах ОВ и концентрацией фосфора и магния (R² = 0,63-0,66). Слабая связь этих показателей характерна и для слоя 21-40 см (R² = 0,46-0,54). Изменение содержания этих элементов существенно зависит от уровня применения фосфорных удобрений и известкования доломитовой мукой.

На основании данных корреляционно-регрессионного анализа полученных зависимостей изменения показателей химического состава почвы от содержания в ней ОВ разработаны модели прогноза трансформации химического соста-

• 0.8
• 0.7
• 0.6
• 0,5
• 0.4
• 0.3
• 0.2
• 0,1
• 0

О 20 40 60 80 100

ОВ. %

Са.%

ОВ. %

Рис. 3.2. Зависимость накопления в почвах (слой 21-40 см) азота, углерода, Р₂О₅, К-,0, СаО и MgO от содержания в ней ОВ

ва торфяных почв разных стадий эволюции для пахотного (0-20) и подпахотного (21-40 см) горизонтов (табл. 3.3).

Азот является ведущим элементом в почвообразовании и земледелии. Совместно с углеродом он составляет основу органического вещества, а его содержание в почве - важнейший показатель ее плодородия. Качественным показателем трансформации генетического состояния и плодородия торфяных почв является соотношение C:N. В результате проведенных исследований было установлено (в соответствии с табл. 3.2), что в зависимости от содержания в торфяных почвах ОВ соотношения C:N изменяются от 11,1 (торфяно-болотные) до 26,3 (постторфяные), приближаясь к уровню, характерному для зональных дерново-подзолистых почв. Это указывает на то, что при снижении содержания в агроторфяных почвах ОВ оно все меньше обогащено азотом.

С целью установления более точных закономерностей влияния уровня содержания в почве ОВ на изменения содержания C:N были проведены дополнительные исследования в более широком диапазоне ОВ (2,5-88,5 %). Результаты

Таблица 3.3. Модели прогноза трансформации химического состава торфяных почв

этих исследований, приведенные на рис. 3.3, указывают, что при изменении содержания ОВ в почвах от 35-40 до 88,5 % соотношение C:N колеблется в пределах 11-12, т. е. изменяются несущественно. Более существенное увеличение соотношения C:N становится заметным лишь в зоне перегиба кривой рис. 3.3, соответствующей примерно 35 % содержания ОВ. При дальнейшем снижении содержания ОВ в почвах величина соотношения C:N растет более интенсивно, достигая максимума - 29,2 при содержания ОВ 2,5 %.

Корреляционно-регрессионный анализ зависимости изменения соотношения C:N от содержания в почвах ОВ показывает, что между этими показателями имеет место тесная связь, описываемая соответствующим уравнением регрессии: З'к™.» 0-20 _см) = 37,965х-».»;Л^г= 0,93;

У2 («„и 2,-40 ем) = 27.89К»-²⁴²⁵; R- 0,80,

где у - соотношение C:N; х - содержание в почве ОВ (слой 0-20 см - 2,5-88,5 %; слой 21-40 см - 4,4-88,5 %).

Рис. 3.3. Влияние изменения содержания ОВ в торфяных почвах разной стадии эволюции на соотношение C:N

Полученная зависимость изменения соотношения C:N от содержания ОВ подтверждает теоретические предположения ряда других исследователей. Так, по данным И. С. Лупиновича и др. [61], В. Н. Ефимова [25], И. В. Тюрина [140] и согласно результатам наших исследований, в большинстве торфяноболотных почв соотношение C:N составляет 10-12 и является их характерным признаком. Такое отношение углерода к азоту наблюдается тогда, когда при минерализации органического вещества почвы разложение безазотистых и азотсодержащих соединений идет примерно с одинаковой скоростью. При создании условий, способствующих усилению минерализации ОВ, разложение азотсодержащих (белковых) соединений опережает разложение безазотистых и в связи с более интенсивным снижением содержания азота С : N возрастает. Поэтому в антропогенно-преобразованных торфяных почвах в условиях, способствующих усилению минерализации ОВ, содержание азота в них снижается более интенсивно, чем углерода, что приводит к увеличению соотношения C:N. Исходя из этого положения и приведенных результатов исследований очевидно, что границей между агроторфяными и дегроторфяными являются почвы с содержанием ОВ более 35 %. Степень изменения соотношения C:N в торфяных почвах разных стадий эволюции можно использовать в качестве критерия их диагностики (см. гл. 7).

Результаты исследований по установлению трансформации запасов валовых форм химических элементов, прежде всего, углерода и азота, в зависимости от стадии эволюции торфяных почв показывают (табл. 3.4), что в агротор-фяных и торфяно-минеральных по сравнению с торфяно-болотной почвой запасы азота, фосфора, калия и магния в слое 0-40 см значительно возрастают. Однако по мере снижения содержания ОВ в минеральных остаточно-торфяных и минеральных постторфяных почвах запасы азота, фосфора, кальция и магния снижаются, т. е. снижается потенциальное плодородие этих почв.

Таблица 3.4. Запасы в торфяных почвах разных стадий эволюции валовых форм химических элементов (слой 0-40 см)

*В слое 0-20 см.

Таким образом, после осушения торфяио-болотиой почвы и длительного сельскохозяйственного использования (50 лет) на ее месте образовались агро-торфяные почвенные комплексы различных стадий эволюции, которые существенно различаются морфологическим строением профиля и показателями химического состава в слое 0-20 и особенно 21 40 см. В антропогенно-преобразованных торфяных почвах, используемых в сельском хозяйстве, по сравнению с торфяно-болотной снижается мощность органогенного слоя, запасы ОВ, углерода, азота и кальция и возрастает соотношение C:N, запасы фосфора, калия и магния как в слое 0-20 см, так и в 21-40 см.

На основании приведенных результатов исследований, допуская, что в наших объектах удобрения и известковые материалы вносились по полям за длительный период примерно в одинаковых дозах, были рассчитаны ориентировочные диагностические критерии химического состава торфяных почв разных стадий эволюции для слоя 0-20 см (табл. 3.5).

Таблица 3.5. Ориентировочные диагностические признаки химического состава агроторфяиых почв разных стадий эволюции (слой 0-20 см)

Эти диагностические критерии целесообразно использовать при проведении почвенных исследований в близких к приведенным условиям земледелия.