Долговечность агроторфяных почв при сельскохозяйственном использовании

Для оценки возможности сохранения торфяных почв разных стадий эволюции важное значение имеет прогноз их долговечности в условиях различного антропогенного воздействия.

Осушение и сельскохозяйственное использование торфяников обуславливают возникновение и развитие многих процессов, результатом которых является полное исчезновение этих почв за более или менее длительный промежуток времени. В конечном счете торф как вещество исчезает, жизнь торфяноболотной почвы прекращается. По мнению академиков С. Г. Скоропанова и др. [126, 129] и А. И. Мурашко [75], почва перестает относится к генетическому типу торфяных при мощности залежи менее 20 см, зольности торфа более 50 % и запасах ОВ менее 200 т/га. При этом почва как объект сельскохозяйственного использования не исчезает, она становится уже другой, как правило, менее плодородной, с другими свойствами, требующей других приемов для эффективного земледелия.

Примеров относительно быстрого исчезновения торфяно-болотных почв много. В настоящее время состояние проблемы следующее: иа осушенных и используемых в культуре агроторфянных почвах Республики Беларусь постоянно происходит их трансформация, снижение мощности торфяного слоя и запаса ОВ. Например, по данным С. Г. Скоропанова и др. [126, 129], почти за 70-летний период глубина торфяной залежи на Минской опытной болотной станции снизилась почти в 3 раза, или на 68-132 см от исходной. По данным Э. II. Шкутова и др. [138], на типичном для Полесья глубокозалежном торфянике обьект «Марьинский» Любанского района Минской области за 85-летний период мощность торфяного слоя уменьшилась на 1,5 и 3,0 м при исходном состоянии 2,2 и 4,6 м соответственно. Основная масса торфа сконцентрировалась в слое 0,5-0,6 м от поверхности, плотность его относительно стабилизировалась. Приведенные выше данные наших исследований также указывают, что за 50-летний период на объекте «Хольче» Лунинецкого района Брестской области мощность органогенного слоя среднемощных торфяников по 5 разрезам уменьшилась с 1,35-1,56 до 0,51-0,82 м, а мелкозалежные торфяники с мощностью органогенного слоя 0,65-0,78 м превратились в торфяные комплексы, включающие, в зависимости от глубины залегания материнской минеральной породы, почвы агроторфяные, торфяно-минеральные, минеральные остаточно-торфяные и постторфяные. По данным Госкомзема [85], в Республике Беларусь в за последние 30-40 лет за счет осушения и сельскохозяйственного использования на отдельных полях на месте торфяных образовались торфяно-песчаные комплексы с выходом на поверхность малоплодородных песков. Площадь таких почв по состоянию на 2000 г. составляет 18,2 тыс. га, она постоянно увеличивается и по прогнозу к 2050 г. может достигнуть почти 45 тыс. га. Интенсивность трансформации торфяно-болотных почв после осушения и факторы, определяющие их долговечность, изучены недостаточно, а мнения отдельных исследователей весьма разноречивы. Так, по данным разных авторов, в зависимости от исходной мощности торфа и характера сельскохозяйственного использования период долговечности торфяных почв может колебаться от 20-40 до 600 лет и более.

В научной литературе утвердился термин «сработка торфа», характеризующий собой величину среднего ежегодного уменьшения мощности торфяного слоя под влиянием осушения и сельскохозяйственного использования почвы. Располагая данными по величине сработки, можно ориентировочно оценить долговечность торфяно-болотной почвы. Однако и здесь есть большие противоречия. Так, по данным разных авторов величина сработки торфа колеблется в широких пределах - от 0,2 до 5,8 см в год, чаще встречаются данные 1-2 см в год. Крайние значения приводимых различными авторами величин сработки отличаются в 10-12 раз, отсюда и долговечность агроторфяных почв может быть оценена с очень большой погрешностью.

Академик С. Г. Скоропанов с соавт. считает [126, 129], что долговечность агроторфяной почвы определяется исходной мощностью торфяной залежи и интенсивностью ее «сработки», которая составляет 1-2 см в год в зависимости от возделываемых культур. В связи с этим торфянисто-глеевые почвы (мощность торфа менее 30 см) могут утратить признаки генетического типа уже в первый год освоения под пашню. При залужении долговечность этой почвы продлевается до 15-30 лет. Долговечность торфяно-глеевой почвы (мощность торфа до 50 см) может достигать до 20-40 лет, а мощных торфяных почв - 400-450 лет. G. Stephens (1939 г.), W. Weir (1949 г.), А. В. Смирнов (1962 г.) оценивают долговечность маломощных торфяных почв в 40-50 лет. Как видим, разница весьма существенная. Связано это с тем, что часто долговечность торфяников рассчитана без учета исходной мощности и плотности торфа, интенсивности осушения и характера использования. На результаты расчетов долговечности торфяников существенное влияние оказывает метод расчета, какой норматив потерь ОВ берется для этого.

Академик А. И. Мурашко [75] также считает, что мелкозалежные торфяники обладают наименьшей долговечностью, которая может колебаться в пределах 15-60 лет, а среднемощных и мощных - до 300 лет. Если мощность торфа в осушенном состоянии не превышает 20 см, то почва относится к категории минеральных. Академик А. И. Мурашко предлагает эту величину принять за предел, ниже которого торфяно-болотная почва из-за уплотнения и разложения в результате осушения и сельскохозяйственного использования прекращает свое существование. Следовательно, по его мнению [75], за долговечность торфяных почв при их осушении и сельскохозяйственном использовании (1_Д) можно принимать длительность периода, в течение которого мощность органогенной породы снизится до 0,2 м. В то же время академик Н. Н. Бамбалов [8] считает, что период долговечности торфяных почв длится до тех пор, пока почва сохраняет морфологию торфяного слоя.

Какие же основные причины потерь ОВ? В неосушенном торфянике преобладают анаэробные микробиологические процессы, разложение пожизненных остатков растительности идет крайне медленно, превалируют процессы накопления и консервации органогенной породы. Осушение и сельскохозяйственное использование болот приводит к значительному понижению уровня грунтовых вод, резкому изменению статического состояния торфяника и направления почвенных процессов. Аэрация верхних осушенных слоев залежи приводит также к резкой интенсификации микробиологических процессов, замене анаэробных процессов аэробными, что влечет за собой усиленное разложение ОВ торфа, его минерализацию. Вместо процесса консервации пожизненных остатков растений начинается процесс интенсивного разрушения органогенной породы. На общие потери ОВ существенное влияние оказывают ветровая и водная эрозия.

К настоящему времени установлены основные каналы потерь ОВ торфа: минерализация, эрозия, вынос с орудиями, машинами и урожаем. По данным С. Г. Скоропанова, Н. Н. Бамбалова и П. Ф. Тиво [129], после относительной стабилизации осадки торфяной залежи, на долю каждой из этих групп приходится 80-85, 10-15 и 5-10 % соответственно. Следовательно, главным фактором потерь ОВ является минерализация, на интенсивность проявления которой наи более существенное влияние оказывают три группы факторов: ботанический состав торфообразователей, водный режим почвы, характер использования торфяников. Почвы, развивающиеся на низинных осоковых, моховых и осоково-моховых торфах, отличаются наиболее высокой интенсивностью минерализации ОВ. В то же время в почвах, развивающихся на низинных древесных, тростниковых или древесно-тростниковых торфах, минерализации ОВ протекает в 1,5-3 раза медленнее.

В литературных источниках имеется достаточно много данных, указывающих, что интенсивность минерализации и обьемы потерь ОВ зависят от состояния УГВ. Установлено, что интенсивность уплотнения и минерализации торфа пропорциональна понижению УГВ: чем на большую глубину опускается уровень, тем больший слой торфа освобождается от воды, больше давление на нижние горизонты и большая толща подвергается интенсивному микробиологическому разложению и химическому окислению. Например, наблюдения на «Марьинском» объекте Любанского района показали [129], что с изменением залегания УГВ от 70 до 120 и 150 см потери ОВ возрастают в 2,7 и 7,2 раза соответственно. Следовательно, долговечность торфяно-болотной почвы в известной степени определяется нормой осушения, которая, в свою очередь, зависит от направления сельскохозяйственного использования болот. Установлено также, что интенсивность процесса минерализации торфа существенно зависит от степени его разложения и гидротермических условий: большая при низкой степени его разложения, а также при более высокой температуре и влажности.

Таким образом, основными факторами, определяющими долговечность торфяно-болотных почв, являются: начальная мощность торфяного слоя, его плотность, характер сельскохозяйственного использования (глубина, или норма, осушения) и природно-климатические условия местности. Зная исходные запасы ОВ в почве и усредненный норматив его потерь, можно оценить долговечность агроторфяной почвы. Однако определение норматива потерь ОВ, которые, как было показано выше, зависят от многих факторов, затрудняет по этому принципу объективно оценить долговечность торфяной почвы.

Исходя из приведенных выше показателей основных свойств торфяно-болотных почв разных стадий эволюции, по нашему мнению, почва перестает относится к генетическому типу торфяных при соотношении C:N в ней в слое 0-20 см более 12, содержании ОВ менее 35 %, биоэнергетическом потенциале этого слоя меиее 4,5-10³ ГДж/га. Такие почвы переходят в тип органо-минеральных, занимающих значительные площади сельскохозяйственных земель. Поэтому наряду с агроторфяными теоретический и практический интерес представляет оценка потенциала производительной способности и долговечности органо-минеральных почв разных стадий эволюции, которые в предыдущих исследованиях не изучались. Для более точной и объективной оценки долговечности торфяных почв разных стадий эволюции предлагаем использовать «энергетический показатель». По нашему мнению, под долговечностью подразумевается количество лет, за которое расходуется запас энергии, накопленный в ОВ почвы при среднемноголетних нормативах ее потребления.

В наших расчетах использован норматив, полученный в экспериментальных исследованиях на мелкозалежном торфянике в условиях многолетнего стационара «Севообороты» - расход энергии, эквивалентный получению 6,5 т/га сухой массы (117 Гдж/га, или 18,0 Мдж/ кг сухой массы) на фоне применения фосфорных и калийных удобрений в системе «почва - растение» в севообороте с насыщением 50 % многолетними травами. Приведенные в табл. 5.1 и 5.2 результаты исследований показывают, что прогнозный период времени эффективного использования мелкозалежного торфяника при осушении и использовании под посев трав или культуры севооборота с насыщением травами до 50 % составляет около 200 лет, агроторфяных почв - 125-150, торфяно-минеральных - ПО, минеральных остаточно-торфяных - 50-90 и минеральных постторфяных - 25 лет. Если же прогнозную долговечность торфяных почв рассчитать только с учетом эквивалента ежегодных потерь БЭП (например, под культурами севооборота - 200 ГДж/га/год), то период эффективного использования энергии, содержащейся в рассматриваемом комплексе агроторфяных почв, уменьшится почти в 2 раза.

Из приведенных выше данных видно, что на величину потерь БЭП и долговечность торфяных почв существенное влияние оказывает способ их использования. В агроэкосистеме биоэнергетический потенциал почвы расходуется более экономно. Это можно объяснить тем, что при возделывании сельскохозяйственных культур на торфяных почвах взамен использованной энергии минерализованного торфа растения в процессе фотосинтеза поглощают и аккумулируют в биомассе энергию Солнца, которая трансформируется в органическое вещество, синтезируемое из углекислоты и азота, выделяемых при минерализации ОВ почвы и растительных остатков, и воды. В агроландшафтах с значительным насыщением травами в системе (звено экосистемы) «почва -растение - энергия Солнца» в определенной степени создается механизм саморегуляции ее состояния, что приводит к увеличению срока использования торфяных почв.

Таким образом, минерализация ОВ и потери биоэнергетического потенциала в агроторфяных почвах различных стадий эволюции происходят постоянно и с разной интенсивностью. Конечной стадией атрогенной эволюции осушенных торфяных почв является стадия минеральных постторфяных. Эта стадия бывших агроторфяных почв, как правило, имеет соотношение C:N в органическом веществе 20-25 и более. В таких почвах синтез органического вещества уравновешивается или преобладает над минерализацией. В зависимости от структуры посевных площадей, возделывания трав и промежуточных культур, применения органических удобрений эта стадия почв может продолжаться неопределенно долгое время. Для поддержания бездифицитного или положительного баланса гумуса в этих почвах доля органического вещества, формирующегося из послеуборочных растительных остатков и органических удобрений, становится главной. Такие почвы целесообразно использовать по типу зональных дерново-подзолистых.