Восстановление свойств постагрогенных почв

Прекращение антропогенного воздействия и зарастание пахотных почв естественной растительностью существенно отражается на их морфологии, физико-химических и биологических свойствах, сформированных многолетним освоением, причем изменения охватывают в основном верхнюю толщу почвы. Характер и направленность трансформации зависит от ряда факторов - истории освоения, первоначальных свойств почвы и других (Falkengren-Grerup et al., 2005). Продолжительность процесса постагро-генной трансформации измеряется - десятками и первыми сотнями лет и зависит от регенеративной способности почв.

Известно, что при переводе бывших пахотных почв в залежный режим, в них происходит изменения направления потоков основных биогенных элементов в системе атмосфера - растительность - почва - атмосфера. В результате отсутствия отчуждения растительного материала в виде урожая и восстановления многолетней растительности происходит накопление углерода, как в почвах, так и в растениях, которые на них развиваются (Курганова и др., 2007; Frank., Dugas, 2001; Guo, Gifford, 2002; Poulton et al., 2003).

Взаимосвязь между почвой и растительностью при их восстановлении на залежах в южной лесостепи складывается, следующим образом. Впервые годы залежи (3-4 года) ведущим фактором является длиннокорневищная растительность, поставляющая в почву большое количество органических остатков. Это служит катализатором для начала восстановления почвы, основные процессы в которой идут быстро, профиль «почти» сформирован через 15 лет. Почва обгоняет по скорости смены стадий и, возможно, влияет на их длительность и характер фитоценозов. Но затем, в период 15-60 лет, воздействие растительности вновь проявляется в корректировке отдельных почвенных свойств, особенно на конечной ковыльной дерновинной стадии луговой степи, обусловливающей некоторую ксерофитизацию почвенно-растительных условий (Люри и др., 2010).

При сельскохозяйственном воздействии происходит ухудшение структуры и плотности как пахотного, так и подпахотного горизонта. Агрочернозему на пашне соответствует мелкоглыбистый и распыленный пахотный горизонт, плотность данного горизонта 1.24 г/см3, что говорит об его уплотнении. На молодых залежах происходит улучшение структуры: образуются зерна и комки, но доля мелких глыб ещё велика. В пахотном горизонте происходит их исчезновение уже на 15-летней залежи, хотя в подпахотном горизонте они остаются ещё в почве залежах 60-летнего возраста. На 15-летних залежах плотность все ещё повышена (1,22-1,24 г/м3). «Нормальная» плотность пахотного горизонта для данных почв (1,0 г/см3) отмечается на 30-ти и 60-летние залежах (Караваева, Денисенко, 2009).

Кислотность, содержание подвижных форм фосфора и калия в почвах залежи было определено на площади 1368 тыс. га. Суммарная доля кислых почв на залежи составила более 40%, тогда как для пахотных почв менее 32%. Доля очень сильнокислых почв на залежи была в 4 раза выше, чем на пашне. Площадь залежных земель со средней степенью кислотности составила более 12%, а площадь аналогичных пахотных — около 9%. Средневзвешенные значения степени кислотности пахотных и залежных земель в большинстве субъектов практически не различались (Агроэкологическое состояние..., 2008).

Среднее содержание подвижного фосфора в залежных почвах меньше, чем в пахотных. Разница в содержании подвижного фосфора на пашне и залежи в обследованных субъектах Российской Федерации достигает до 50 мг/кг. Разница в содержании подвижного калия в почвах залежи и пашни достигала 75 мг/кг. Залежных земель с очень низкой обеспеченностью подвижным калием в 1,5 раза больше, чем пахотных. Содержание щелочногидролизуемого азота, подвижных форм К2О и Р2О5 на 24-летней залежи в слое 0-20 см чернозема типичного соответственно в 1,3-1,5 раза выше, чем на пашне (Агроэкологическое состояние..., 2008).

В миграционно-мицелярном залежном черноземе с возрастом происходит накопление валового азота в небольшом количестве, и в очень слабом количестве накапливается фосфор. В верхних горизонтах 15-летней залежи наблюдается накопление таких подвижных элементов питания как Р2С>5 и К2О, при переходе к следующей, дерновинной, стадии сукцессии их содержание снижается (Караваева, Денисенко, 2009).

По данным Е.Ю. Матвеевой (2009) при выведении чернозема выщелоченного из сельскохозяйственного использования наблюдается изменения окраски верхнего горизонта от светло-серого до темно-серого, увеличивается мощность горизонта гумусовых затеков, которые становятся более интенсивными, наблюдается тенденция разуплотнения почвы. Процесс самовосстановления сопровождается восстановлением структуры, увеличением водопрочных агрегатов, снижением плотности сложения.

Физико-химические свойства в ряду пашня —> залежь 1 года —> залежь 3 лет —> залежь 6 лет —> залежь 12 лет приближаются к показателям целинного аналога (Матвеева, 2009).

И.И. Демакиной (2010) был изучен чернозем обыкновенный на залежи и целине. Содержание кальция на целинном участке чернозема обыкновенного в 1,7 раза превышало значение этого показателя в почве залежи. Содержание магния в почве целины на 11,5 % больше, чем на залежи. Различное сельскохозяйственное использование почвы не оказало заметного влияния на содержание в верхних горизонтах натрия. По всему профилю на целинном участке его содержалось в 2,2 раза выше, чем в верхних горизонтах. Различия в содержании натрия на пашне между ППК в верхнем горизонте и материнской породе были несущественными.

При выводе в залежь чернозема обыкновенного наблюдается содержание гумуса в слое 0-20 см залежного и пахотного участков 6,0% и 3,4% соответственно (Русанов и др., 2011, 2012). В миграционно-мицелярном черноземе пахотного горизонта пашни отмечено минимальное содержание гумуса, около 5%, по сравнению с целиной в пашне происходит уменьшение запасов гумуса в слое 0-50 см на 29%, если на пашне запасы равны 28,86 кг/м2, то на целине 40,65 кг/м2 (Караваева, Денисенко, 2009). В агроценозе низкое содержание гумуса связано с небольшим объем поступающей органики, в результате чего происходит снижение интенсивности процессов гумусообразования.

С возрастом залежи в старопахотном горизонте увеличивается содержание углерода лабильного органического вещества. Хорошими индикаторами, для определения изменения состава органического вещества постаг-рогенных почв являются такие показатели как углерод микробной биомассы; углерод, извлекаемый “мягкими” химическими экстрагентами и углерод легкой фракции. В результате грануло-денсиметрического фракционирования было показано, что происходит изменения содержания углерода, как в легкой, так и в органоминеральной фракции почв при их самовосста новление. С возрастом залежи происходит увеличения абсолютного содержания углерода в илистой фракции, но его доля уменьшается в составе органического вещества. При постагрогенной сукцессии было выявлено увеличение физической защищенности органического вещества почв от разложения за счет включения в состав микроагрегатов (Ерохова и др., 2014).

При исследовании чернозема обыкновенно отмечается его высокая степень гумификации органического вещества на целинных почвах и его уменьшение в почве пашни. Такая закономерность отмечается и для соотношения Сгк/Сфк, которое соответствуют гуматному типу гумусу на участках старовозростных залежей (Сгк/Сфк 2,1-2,6) и на пашне (Сгк/Сфк 1,72-1,97). На пахотном участке происходит уменьшение относительного содержания фракций гуминовых кислот из-за сокращения фракции ГК-1, эта фракция отвечает за снабжение биоты почвы питательными веществами и фракции ГК-2, которая играет большую роль в структурообразовании (Русанов и др., 2011). В миграционно-мицелярном черноземе происходят незначительные изменения качественного состава органического вещества, преобладают черные гуминовые кислоты (ГК-2). Соотношения Сгк/Сфк изменяется незначительно в ряду пашня - залежные почвы - целина (Караваева, Денисенко, 2009).

При самовосстановлении чернозема наблюдается увеличение количества углерода микробной биомассы. В общем пуле органического углерода происходило увеличение доли микробного углерода на пашне и 5-летней залежи - 1,2%, а на 77-летней залежи 1,55 % (Лопес де Геренш и др., 2009). Так же в общем пуле органического углерода происходит уменьшение доли лабильного углерода на пашне - 1,14%, а в старовозрастной залежи (77 лет) 0,45%. 98,9-99,6% приходится в общем пуле Сорг на стабильную фракцию. При восстановлении почв время оборачиваемости стабильной фракции увеличивается 4 лет в почве пашни до 8-9 лет в почвах 77-летних залежей. То есть при восстановлении постагрогенных почв увеличение содержания общего углерода происходит из-за накопления стабильных форм (Лопес де Геренш и др., 2009).

В ходе постагрогенной сукцессии (изучались участки пашни и залежей возрастом 7, 23, 55, 100 и 170 лет) величина эмиссии углерода изменяется нелинейно: на начальных этапах (около 10 лет) происходит ее увеличение, затем наступает период ее понижения, а затем с середины процесса самовосстановления происходит снова ее увеличение до максимальных значений. Это связанно с запасами почвенного углерода (сюда входит подземная фитомасса, гумус и подстилка), который так же в ходе сукцессионных изменений имеют нелинейный характер. Вначале внесенные органические вещества подвергаются минерализации, затем происходит увеличение подземной фитомассы и подстилки, из-за чего увеличивается суммарный запас почвенного углерода. Динамика почвенного дыхания внутри сезона определяется главным образом от температуры почвы, поскольку влажность оказывает существенное влияние только на начальной луговой стадии сукцессии (Люри и др., 2013).

Карбонатный профиль в миграционно-мицелярных черноземах восстанавливается быстро. За первые три года восстановления происходит поднятие карбонатов к поверхности, содержание СаСОд в залежных почвах достигают целинного уровня. Возможно, карбонатный профиль, характерный для данных почв, формируется за 10-15 лет самовосстановления почв, но может быть и быстрее. Тип распределения карбонатов на залежах 15 и 60 лет практически одинаковый (Караваева, Денисенко, 2009).

Серые почвы чистых залежей районов исследования характеризуются оптимальным структурным состоянием, плотностью сложения, запасами продуктивной влаги. Определяющим фактором структурообразования в них является характер напочвенного покрова, связанного со стадиями залежных сукцессий. Под влиянием травянистой растительности на чистых залежах происходит улучшение структурного состояния почв, которое оценивается как отличное. Содержание агрономически ценных фракций выше в слое 0-10 см почв всех объектов исследования. Как правило, пространственное варьирование структурного состава почв чистых залежей и сенокосов выше, чем на пашне, подвергающейся механической обработке, что приводит к выравниванию пространственной пестроты свойств почв. Наименьшая плотность сложения верхних слоев почвы отмечена на залежах за счет разрыхляющего воздействия корневой системы травянистой растительности (Рыбакова, Сорокина, 2013).

Отмечается незначительная динамика численности аммонификаторов, а так же микроорганизмов, которые используют минеральные формы азота на целине. Минимальное количество микроорганизмов в целинном черноземе наблюдается в осенний период, а максимальное - в летний период. На пахотных участках численность микрофлоры определяется озимой пшеницей, а именно её фазой развития. Видовой состав целины более разнообразен по сравнению с пашней, где превалировали роды Вас. megaterium, Вас. mesentericus (Ильинова, 2009).

Таким образом, при выводе почв из сельскохозяйственного использования природные почвообразовательные процессы способствуют восстановлению пахотных почв: бывшие пахотные горизонты трансформируются по дерновому типу, увеличение в залежных почвах свежего органического вещества, повышение содержания гумуса, лабильных гумусовых веществ и микробной биомассы способствуют и улучшению структурно-агрегатного состояния залежных почв по сравнению с пахотными. Улучшение гумусного и структурно-агрегатного состояния, водоустойчивости залежных почв по сравнению с пахотными приводит к повышению их противоэрозионной устойчивости.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >