БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ТОРФЯНО-БОЛОТНЫХ ПОЧВ ПОЛЕСЬЯ И ЕГО ЭВОЛЮЦИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ДЛИТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

В настоящее время диагностика и оценка агроторфяных почв разных стадий эволюции проводится на основании анализа данных морфологического строения пахотного слоя и содержания ОВ в нем [21, 49, 70, 72, 132]. Вместе с тем в современных условиях при решении задач более рационального использования торфяных почв различных стадий эволюции и оценки их агроэкологического состояния возрастает актуальность использования нового показателя их свойств - биоэнергетического потенциала. Считается [5, 22, 23, 44, 50, 80, 89, 121, 135, 154, 156], что данные энергетического состояния более точно представляют информацию о направленности и интенсивности трансформации ОВ почв, изменения их плодородия и потенциале продуктивности сельскохозяйственных культур. Руководствуясь показателями энергетического состояния, можно более объективно оценивать свойства торфяных почв разных стадий эволюции и более обоснованно принимать решения по разработке мероприятий повышения эффективности земледелия на них и сохранения их плодородия [82, 146].

Анализ литературных источников по проблеме энергетики почвообразования показывает, что эволюция живого вещества на Земле возможна только при постоянном притоке энергии, главным источником которой почти для всех природных процессов служит солнечная радиация. Жизнеспособность любой экосистемы, в том числе и почвенных биоценозов, зависит от эффективности использования энергетического потока. С этой целью система создает накопители энергии, затрачивает накопленную энергию на поступление новой, обеспечивает круговорот веществ, создает механизм саморегуляции и налаживает обмен с другими системами.

Согласно В. Р. Вильямсу [20], почвообразование определяется синтезом и распадом органических соединений почв. Солнечная энергия аккумулируется зелеными растениями, попадает вместе с опадом на поверхность почвы и в почву. Часть образующихся соединений минерализуется, и освободившаяся энергия расходуется на образование более сложных органических и минеральных соединений почв. Таким образом, остатки растений и ОВ почв являются в системе «почва - растение» аккумулятором энергии. За счет привноса этих соединений в экосистему происходит развитие почв.

В этой связи почва представляет собой универсальный аккумулятор и экономный распределитель энергии, который состоит из нескольких самостоятельных подсистем: органическое вещество, минеральная часть, водные и физические свойства, микроорганизмы, почвенный поглощающий комплекс и др. Рядом исследователей [5, 22, 43, 44, 135 и др.] установлено, что в минеральных почвах основным накопителем энергии является энергия кристаллической решетки минералов. Например, С. А. Тихонов и Т. А. Романова [135] установили, что в дерново-подзолистых почвах Беларуси в структуре запасов внутренней энергии энергия кристаллической решетки минералов составляет 96-99 %. В то же время многие исследователи [5, 18, 20, 23, 44, 50, 51, 135, 150, 156] считают, что несмотря на низкую долю гумуса (0,6-1,2 %) в формировании полной внутренней энергии дерново-подзолистых почв основным источником энергии для процессов превращения в них минеральных соединений, биосинтетических, микробиологических и других процессов является органическое вещество, гумус - продукт преобразования растительной массы. Аккумулированные в составе органического вещества почвы запасы солнечной энергии непрерывно используются в процессах жизнедеятельности растений и микроорганизмов и почвообразовании. Консервируя солнечную энергию, органическое вещество является одним из важнейших естественных энергетических источников, определяющих развитие почвы и фор-мирование ее главного свойства - плодородия. Академик Т. Н. Кулаковская также отмечала [51], что биоэнергетический потенциал почвы, во многом определяющий течение почвообразовательных процессов, теснейшим образом связан с накоплением и преобразованием органического вещества, и его содержание больше, чем другие составные части почвы, определяют главное ее свойство - плодородие.

Гумусовые соединения являются наиболее надежным энергетическим коррелянтом производительной способности почв. Поэтому черноземы резко выделяются среди других почв количеством энергии, аккумулированной в гумусе, богатство которым и определяет высокое и устойчивое их плодородие. Как показывают результаты исследований А. П. Щербакова и И. Д. Рудого [150], в слое 0-20 см чернозем типичный содержит 899, а серые лесные почвы -434 млн ккал/га. Л. Н. Пуртова и Н. М. Костенков [89] выявили еще более высокие уровни энергетических запасов в торфяно-болотных почвах Дальнего Востока России - 905-1566 млн ккал/га.

Следует отметить, что вопросы биоэнергетики и энергетики почвообразования, впервые рассмотренные В. Р. Волобуевым в 1956-1958 гг., в настоящее время приобретают все большую актуальность. Это связано как с общими экологическими проблемами, так и с конкретными практическими задачами оценки, сохранения и повышения плодородия почв и увеличения урожайности сель скохозяйственных культур. В последнее время проведен ряд исследований, в которых данной проблеме уделено большое внимание [23, 44, 50, 82, 89, 99, 100, 103,113, 146,154] и др.

Особое место в исследованиях оценки содержания внутренней энергии, их биоэнергетического потенциала занимают торфяные почвы, которые образовались в процессе естественного отмирания, неполного распада и гумификации отмерших болотных растений в условиях избыточного увлажнения и недостатка кислорода и по нашим данным содержат до 40 % углерода в пересчете на сухую массу. Однако вопросы состояния энергетических свойств этих почв, особенно их трансформации под влиянием длительного воздействия антропогенных факторов, в Беларуси не изучались. Поэтому проведение подобных исследований на торфяных почвах разных стадий эволюции особенно актуально.

В исследованиях предусматривалось дать оценку биоэнергетического потенциала торфяно-болотных почв неосушенных и установить закономерности трансформации энергетических свойств агроторфяных почв Полесья под влиянием длительного антропогенного воздействия. Исходя из полученных результатов разработать модели прогноза, критерии диагностики энергетического потенциала торфяных почв различного генезиса и оценки их агроэкологического состояния.

В качестве объектов исследований были использованы торфяные почвы разных стадий эволюции, морфологическая характеристика и аналитические данные трансформации химического состава и биологических свойств по которым представлены выше. Для энергетической оценки плодородия почв важно руководствоваться наиболее объективными индикаторами и методами. Результаты анализа литературных источников показали, что наиболее методически изученным естественным накопителем и источником энергии в почве является органическое вещество, углерод гумусовых соединений. Основу в методике энергетической оценки состояния почв составляет определение содержания углерода (Сорг) [6, 84, 139 и др.].

Несмотря на то что по данным разных авторов величина теплоты сгорания гумусовых соединений почв колеблется в широких пределах (от 3,8 до 7,4 ккал/г), В. А. Ковда в своей монографии [43], проведя обобщение экспериментальных данных разных исследователей и методов расчета запаса энергии в гумусе, сделал вывод, что для получения общих представлений в качестве характеристики внутренней энергии гумуса можно использовать теплоту его сгорания. Для расчетов запаса энергии гумусовых веществ минеральных почв он предложил использовать усредненный эквивалент энергии, равный 5,5 ккал на 1 г гумуса.

Для торфяных почв внутреннюю теплоту сгорания впервые определил Е. М. Мовсисян [74], которая составила 5,7 ккал/г. Проведя обширные (908 проб) прямые экспериментальные измерения и обобщения И. И. Лиштван и Н. Т. Король [60] сделали вывод, что теплота сгорания низинных торфов, в зависимости от их ботанического состава и степени разложения, колеблется от 4930 до 6230 ккал/кг и в среднем составляет 5550 ккал/кг, что практически совпадает с нормативом, предложенным В. А. Ковда [43].

В то же время С. А. Ваксманом [18], И. В. Тюриным [139, 140] и позже другими исследователями отмечалось, что при оценке энергетических свойств почв необходимо ориентироваться, прежде всего, на содержание углерода гумусовых соединений в них. Следует также отметить, что приведенные выше данные по выделяемой теплоте сгорания низинных торфов указывают на широкий разброс результатов (CV более 25 %). При длительном сельскохозяйственном использовании осушенных торфяно-болотных почв в них происходит трансформация состава и структуры органического вещества, увеличение доли гумусовых соединений (от 73 до 92 %). Поэтому использование усредненного эквивалента энергии -5,5 ккал/г гумуса может привести к неточной оценке энергетического состояния торфяно-болотных почв отдельных участков (полей). Считаем, что для характеристики состояния энергетических свойств этих почв отдельных объектов необходимо пользоваться результатами определения содержания углерода гумусовых соединений органического вещества в каждом конкретном случае. Имея данные по содержанию углерода и плотности в определенном слое почвы, можно рассчитать и общий запас энергии (биоэнергетический потенциал) поля.

Расчет биоэнергетического потенциала почвы проводится по следующей формуле:

Q = ShndnCo?r- 37,334;

где Q - запас энергии в гумусовых соединениях почвы, ГДж/га; 5- расчетная площадь, га; hn - мощность горизонта почвы, м; dn- плотность почвы, т/м3; С - содержание органического углерода в гумусовых соединениях, %; 37,334 - содержание энергии в углероде, ГДж/т.

В качестве теоретической основы расчетов использовали результаты исследований И. В. Тюрина (1937), показавшего, что по содержанию углерода можно рассчитывать запасы энергии в органическом веществе почвы, так как 1 см3 окислителя (0,1н раствора хромовой кислоты) соответствует 0,3 мг органического углерода гумусовых соединений и 11,2 Дж (или 1 г Сорг= 37,334 КДж). Полученные результаты расчета запасов энергии в углероде по окисляемости вполне достоверны и близко совпадают с результатами определения запаса энергии калориметрическим методом. Учитывая, что в настоящее время Международная оценка энергии в системе СИ проводится в джоулях, результаты наших исследований представлены также в этих единицах.

В наших исследованиях содержание углерода в почвах определяли по методу Анстета в модификации В. В. Пономоревой и Т. А. Плотниковой [84], масса навески почвы в зависимости от содержания в ней ОВ колебалась от 50 до 100 мг. Все анализы выполнялись в 3-кратной повторности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >