Влияние органических удобрений и мелиорантов на буферные свойства чернозема южного

Введение. Черноземы южные широко распространены в Зауральской степи Республики Башкортостан. Дефицит удобрений, особенно органических, и нарушение севооборотов привели к развитию процессов деградации при сельскохозяйственном использовании этих почв. Для пахотных черноземов южных характерно уменьшение мощности гумусово-аккумулятивного горизонта, ухудшение структуры, снижение плодородия почвы по сравнению с целинными аналогами [5].

Буферные свойства почвы, обусловливающие реакцию почвенной среды, в основном определяются ее гумусным состоянием и составом почвенно-поглощающего комплекса (ППК). Кислотно-основная буферность является частным проявлением кислотно-основного равновесия в почве, которое влияет на все происходящие в системе почва – растение процессы, и в значительной степени определяет плодородие почв, рост и развитие сельскохозяйственных культур. Одним из приемов регулирования кислотно-основного равновесия в почве является увеличение буферной емкости почв в кислотном интервале за счет внесения органических остатков, удобрений, вторичных минералов и посева многолетних трав [4, 8].

В комплексе мероприятий, направленных на повышение плодородия почв, большое значение имеет использование местного природного сырья, имеющего как удобрительные, так и мелиорирующие свойства [3].

Исследования по влиянию органических удобрений и мелиорантов на буферные свойства почвы проводились в условиях стационарного полевого опыта с целью разработать технологию оптимизации агроэкологических функций чернозема южного с использованием местных агроруд и приемов биологической системы земледелия.

Методы и материалы. Почва опытного участка (чернозем южный слабоэродированный) характеризуется низким содержанием гумуса (2,6–3,03 %), щелочной реакцией среды (8,02–8,20), относительно невысокой емкостью катионного обмена (34–37). Содержание обменного кальция колебалось от 20 до 28, обмен- ного магния – от 11 до 13 мг-экв/100 г почвы. Содержание питательных элементов – подвижного и валового фосфора, щелочногидролизуемой формы органического азота в целом, характеризуется как «очень низкое». Эта почва отличается невысоким уровнем естественного плодородия, на опытном поле встречаются участки, полностью лишенные растительного покрова.

Схема опыта: 1. Контроль. 2. Люцерна. 3. Эспарцет. 4. Навоз (60 т/га). 5. Песок (150 т/га). 6. Солома (60 т/га) + N30. 7. Цеолит (150 т/га) + N30. 8. Сплавина (60 т/га) + N30. 9. Сапропель (60 т/га) + N30. 10. Донник.

Площадь делянок 20 м2, повторность опыта трехкратная. В работе анализируются средние значения агрохимических показателей за 4 года исследований, результаты статистически обработаны с помощью программы Excell.

Изучали следующие показатели: рН (потенциометрически), количество обменных оснований комплексонометрическим методом [2], содержание гумуса по Тюрину со спектрофотометрическим окончанием анализа, состав гумуса по Пономаревой и Плотниковой [1], для характеристики буферной способности в кислотно-основном интервале использовали метод непрерывного потенциометрического титрования (НПТ) [6].

Результаты и их обсуждение. По относительной устойчивости почв к деградации по плодородию при кислотных и щелочных воздействиях черноземы южные относятся к устойчивым при подкислении и неустойчивым при подщелачивании [9].

По данным наших исследований, через 3 года после внесения мелиорантов в почву буферная площадь в кислотном интервале при внесении сплавины уменьшилась в слое почвы 0–10 и 10–20 см на 11 и 12,5 см2, сапропеля – на 11 и 10,6 см2, донника – на 11 и 14 см2 соответственно. В этих же вариантах произошло увеличение буферной способности в щелочном интервале, хотя эти изменения не были столь же значительными, как в кислотном интервале: в варианте со сплавиной – 8 и 5 см2, с сапропелем – 11 и 8 см2, с донником – 7 и 7,5 см2 соответственно глубине почвенного слоя.

Следует отметить, что в данных вариантах опыта соотношения площадей буферности в кислотном и щелочном интервалах приблизились к оптимальным значениям (1:1).

В вариантах с люцерной, цеолитом и эспарцетом общая буферная способность почв понизилась в 2– 2,5 раза по сравнению с рассмотренными выше вариантами, а в варианте с песком буферность в кислотноосновном интервале оставалась на уровне контроля. При внесении соломы и навоза буферная площадь изменялась незначительно, но выявилась тенденция к увеличению буферности, как в кислотном, так и щелочном плече. Стабилизирующий эффект от внесения соломы и навоза наблюдали также в ранних своих исследованиях по влиянию органических и минеральных удобрений на типичном черноземе [7].

В вариантах со сплавиной, сапропелем и донником рН водной и солевой суспензий уменьшилась по сравнению с контролем на 0,5–1 ед., что для черноземов южных свидетельствует о мелиорирующем эффекте [9].

Данное увеличение буферной площади в щелочном плече в слое почвы 0–10 см связано, очевидно, с увеличением в фракционно-групповом составе гумуса количества фульвокислот ФК-1а (r = 0,59) и ГК-1 (r = 0,64). А соответственное уменьшение буферной способности в кислотном интервале подтверждается отрицательными коэффициентами корреляции между буферностью в кислотном плече и емкостью поглощения (r = - 0,52), а также содержанием фракций ФК-1а (r = - 0,51) и ГК-1 (r = - 0,53) в групповом составе гумуса.

А в слое почвы 10–20 см обнаружили коррелятивную зависимость между буферной способностью в кислотно-основном интервале с количеством фульвокислот фракций ФК-3 (r = 0,73; r = - 0,60), а также с количеством фракции гуминовых кислот ГК-2 (r = 0,48). Вероятно, заметное уменьшение буферной способности к подкислению в слое почвы 10–20 см связано с возрастанием в составе гумуса общего количества гуминовых кислот, преимущественно фракции ГК-2, и повышением гуматности фракционного состава гумуса (r = - 0,54).

Таким образом, повышение общей буферной способности в вариантах со сплавиной, сапропелем и донником произошло преимущественно за счет смещения кислотно-основного равновесия почвы в нейтральную зону в результате подкисляющего действия гумусовых кислот в связи увеличением их количества, особенно ФК-1а и ГК-1, как наиболее подвижной части фракционного состава. На это указывает и то обстоятельство, что реакция среды оставалась стабильной (рН ВОДН около 7,5) в течение трех лет после внесения данных мелиорантов (табл.).

Буферные свойства и фракционно-групповой состав чернозема южного (числитель: слой 0–10 см, знаменатель: слой 10–20 см)

При изучении гумусного состояния чернозема южного прежде всего обращает на себя внимание низкое валовое содержание гумуса. Оно значительно ниже того, которое описано в более ранних исследованиях этих почв [10]. Изучаемая почва характеризуется фульватно-гуматным типом гумуса и высокой степенью гумификации органического вещества. В составе гуминовых кислот преобладает связанная с кальцием фракция ГК-2. Ее содержание – высокое (более 70 % от суммы гуминовых кислот), в то время как содержание «свободных» гуминовых кислот – низкое, а прочносвязанных – очень низкое. Фракционное распределение фульвокислот в основном соответствует распределению гуминовых кислот.

Четырехлетняя динамика изменения валового содержания гумуса в почве полевого опыта показывает разнонаправленные тенденции. В первый год повышению валового содержания гумуса способствовало прежде всего внесение навоза и сплавины, посевы люцерны и эспарцета в качестве фитомелиорантов. Необходимо отметить, что в то же время варианты с внесением песка, соломы, цеолита, сапропеля, а также посевом донника были менее эффективными. Изменения в слое почвы 10–20 см были более значительными, чем в верхнем десятисантиметровом слое.

К концу четвертого года после внесения агроруд и посева фитомелиорантов в групповом составе гумуса по сравнению с контролем возросло общее содержание гуминовых кислот (во всех вариантах, кроме внесения песка). Применение навоза, сплавины и сапропеля способствовало увеличению степени гумификации органического вещества, которая превысила в этих вариантах 40 %, стала «очень высокой».

Возросло соотношение С ГК : С ФК при внесении агроруд до 1,62–1,80; при использовании фитомелиорантов увеличение было незначительным, а в варианте с песком осталось на уровне контроля. Это вызвано прежде всего увеличением новообразования гумусовых веществ и изменением фракционно-группового состава гумуса. Самые заметные его изменения произошли в связанных с минеральной частью почвы фракциях гуминовых кислот – во 2-й и 3-й фракциях. Так, содержание связанной с кальцием фракции гуминовых кислот возрастало в ряду: контроль – песок – донник – люцерна – эспарцет – цеолит – солома – сапропель – сплавина – навоз.

Заключение

Таким образом, внесение органических удобрений способствовало улучшению гумусного состояния чернозема южного. Использование навоза, а также сплавины и сапропеля в качестве источников органического вещества привело не только к повышению валового содержания гумуса, но и к улучшению его качественного состава: расширению соотношения С ГК :С ФК , возрастанию в фракционном составе гумуса доли связанных с кальцием гуминовых кислот. В условиях дефицита традиционных источников органического углерода сплавина и сапропель могут быть использованы как простые и доступные альтернативные источники органического вещества почв.

Изучение буферных характеристик при внесении органических удобрений и фитомелиорантов показало, что для повышения общей буферной способности чернозема южного наиболее эффективными являются сплавина и сапропель. Из фитомелиорантов по нашим данным на первом месте стоит донник. На вариантах с внесением навоза и соломы существенной разницы в улучшении буферных свойств чернозема южного не обнаружено, но стабилизируюший эффект очевиден. Изменения кислотно-основной буферности тесно коррелировали с показателями гумусного состояния почвы.