Изменение пулов органического вещества в агроземах Приморья при фитомелиорации

Введение. В условиях современного земледелия усиливается антропогенный прессинг на пахотные почвы, что нередко является причиной развития деградационных процессов, связанных с потерей почвенного органического вещества. Органическое вещество почв (ОВ), выполняя многочисленные физические, биологические и экологические функции, является важнейшей составляющей плодородия. Поэтому повышение урожайности сельскохозяйственных культур во многом зависит от состояния органического вещества почв, а именно от содержания в составе легкотрансформируемых компонентов, обеспечивающих продуктивность и эффективное плодородие почв [1–5]. В последнее время уделяется большое внимание исследованиям по изменению пулов органического вещества при использовании почв в системе земледелия [3, 6–9]. Между тем наблюдений за изменением пулов органического вещества при применении экологически чистых фитомелиоративных методов в агрогенных почвах Приморья не проводилось. Фитомелиоративный метод позволяет с высокой эффективностью воспроизводить плодородие почв при минимальных затратах антропогенной энергии и находит широкое применение в России и за рубежом [10–13]. В работе [14] приведены данные по влиянию различных фитомелиорантов на показатели гумусного состояния, основных физико-химических показателей и микрофлору агрогенных почв Приморья, но при этом не рассматривается соотношение складывающихся пулов органического вещества. Однако содержание трансформированной (активной) части органического вещества почв и соотношение пулов органического вещества определяют эффективность плодородия. Это в значительной мере и определило актуальность проведения данной работы.

Цель работы . Выявить общие закономерности в изменении пулов органического вещества агротемногумусо-вых отбеленных почв с посевами фитомелиорантов.

Задачи исследований :

• 1 .    Исследовать содержание и запасы С орг в агротем-ногумусовых отбеленных почвах с посевами различных фитомелиорантов.

• 2.    Определить долю лабильного и трансформированного органического вещества почв и соотношение активного, медленного и пассивного пулов.

Объекты и методы исследований . Объектом исследований послужили агротемногумусовые отбеленные почвы опытных полей ПримНИИСХ (пос. Тимирязевский, Уссурийский р-н, Приморский край) с генетическими горизонтами: PU (25 см) – Elnng (25–40) – Btg (40–65) – C (75– 100 см). Названия почв приведены согласно классификации 2004 г. [15]. Для горизонта PU исследуемых почв свойственна слабокислая реакция среды р Нн20 5,44; средние показатели гидролитической кислотности (5,08 м-экв/100г почвы); очень низкая обеспеченность почв подвижным фосфором (1,98); средняя калием (12,62 мг/100г почвы). В работе использованы оценочные градации, предложенные [16, 17]. Исследования проводились в условиях микроделяночного опыта (размер делянок 1,8×2,5 м) с посевами фитомелиорантов и их травосмесей (способ посева рядковый, беспокровный) по схеме: 1. Контроль (чистый пар). 2. Тимофеевка. 3. Кострец. 4. Ко-стрец+люцерна. 5. Клевер. 6. Тимофеевка+клевер. 7.

Люцерна. Почвенные образцы отбирались во второй декаде июля и сентября (2015–2017 гг.) методом конверта. Исследования проводили в трехкратной повторности в смешанных образцах почв. В таблицах приведены средние данные для горизонта PU.

Содержание органического углерода определяли в горизонте PU по методу Тюрина [18]. Лабильные гумусовые вещества [19] извлекали из воздушно-сухих образцов почв 0,1М раствором Na 4 P 2 O 7 при отношении поч-ва:раствор 1:20. В полученных экстрактах разделение на гуминовые (ГК) и фульвокислоты (ФК) производили осаждением ГК серной кислотой при рН 1-2. Подвижное органическое вещество (ОВ) экстрагировали 0,1N раствором NaOH. Содержание углерода экстрагируемых фракций определяли по методу Тюрина, пулы почвенного органического вещества по схеме, предложенной Б.М. Когут с соавторами [3]. Обработка данных проведена с помощью компьютерной программы Ms Excel.

Результаты и их обсуждение . Содержание С орг в аг-ротемногумусовой отбеленной почве отражало влияние различных фитомелиорантов на плодородие почв. Количество С орг изменялось в следующем ряду: люцерна > кострец+люцерна > тимофеевка+клевер > клевер > тимофеевка > кострец >контроль. По отношению к контролю прослеживалась общая закономерность к возрастанию содержания С орг во всех вариантах с посевами фитомелиорантов (табл. 1), что связано со значительным количеством органического вещества, поступающего с корневыми остатками. Согласно данным Н.А. Туева [20], под посевами клевера после его уборки на 1 га остается 49– 50 ц неразложившихся корней, под люцерной до 100 ц. Это, на наш взгляд, одна из причин большего поступления С орг в посевах люцерны, клевера и их травосмесей (кострец+люцерна, тимофеевка+клевер). На этих вариантах опыта (7, 6, 5, 4) зафиксированы и более высокие показатели запасов С орг . По сравнению с контролем возрастало содержание лабильных гумусовых веществ (С лаб ), извлекаемых пирофосфатной вытяжкой (рН 7,0) (табл. 2).

Наибольшее количество лабильных гумусовых веществ было свойственно вариантам с посевами бобовых трав (5. Клевер, 7. Люцерна) и их травосмесей (4. Кост-рец+люцерна, 6. Тимофеевка+клевер).

Таблица 1

Содержание и запасы С орг в агротемногумусовых отбеленных почвах в условиях фитомелиоративного опыта (M±m)*

Вариант опыта	С орг, %	Запасы С орг, т/га
1. Контроль	1,98 + 0,01	47,12±0,34
2. Тимофеевка	2,11 + 0,01	48,10±0,08
3. Кострец	2,10 + 0,06	44,52±1,23
4. Кострец+люцерна	2,20 + 0,09	50,16±1,98
5. Клевер	2,16 + 0,02	48,80±0,52
6. Тимофеевка+клевер	2,19 + 0,06	51,24±1,35
7. Люцерна	2,25 + 0,06	57,15±1,47

* М – среднее значение; ± m – ошибка среднего.

Таблица 2

Содержание углерода лабильных гумусовых веществ в условиях фитомелиоративного опыта

Вариант опыта	С лаб		С лгк		С лфк		С лгк С лфк
	мг/100 г почвы	% от С орг почвы	мг/100 г почвы	% от С орг почвы	мг/100 г почвы	% от С орг почвы
1. Контроль	700	35,9	260	13,3	440	22,5	0,59
2. Тимофеевка	730	34,6	230	10,9	500	23,6	0,46
3. Кострец	740	33,2	260	11,6	480	24,5	0,54
4. Кострец +люцерна	770	31,9	300	12,8	450	19,10	0,67
5. Клевер	770	35,0	260	11,8	510	23,2	0,51
6. Тимофеевка+клевер	750	32,7	260	11,4	490	21,4	0,53
7. Люцерна	770	36,6	240	11,4	530	25,2	0,45

Возрастание С лаб в горизонте PU с посевами бобовых трав обусловлено активизацией процессов трансформации органического вещества микрофлорой, чему во многом способствовало обогащение почв азотом.

По содержанию С лаб в агротемногумусовых отбеленных почвах с посевами фитомелиорантов установлен ряд: люцерна+ клевер=кострец+люцерна > кострец >ти-мофеевка > контроль. При этом доля С лаб в общем пуле С орг варьировала от 31,9 (вариант 4. Кострец+люцерна) до 36,6 % (вариант 7. Люцерна). Наибольший процент С лаб в общем пуле от С орг характерен для посевов бобовых трав (клевер и люцерна) от 35,0 до 36,6 %. В посевах костреца и его травосмеси с бобовыми культурами этот показатель снижался от 33,2 до 31,9 %. Выявлена тесная взаимосвязь между содержанием углерода лабильных гумусовых веществ и содержанием общего С орг в почве. Коэффициент корреляции для пары С орг - С лаб составил +0,79.

В составе гумусовых кислот, извлекаемых пирофосфатной вытяжкой, преобладал углерод лабильных фуль-вокислот (С лфк ). Содержание С лфк изменялось от 440 до 530 мг/100 г почвы. Наибольшая доля С лфк в общем пуле органического вещества характерна для посевов клевера и люцерны. Содержание С лфк превышало содержание углерода лабильных гуминовых кислот (С лгк ) в 1,5 раза, что указывало на фульватный характер гумусонакопле-ния.

Произведен расчет пулов органического углерода по схеме, предложенной Б.М. Когут с соавторами [3]. В её основу положено количественное разделение почвенного органического вещества на пулы по активности их участия во внутрипочвенных процессах. Согласно предложенной схеме, определяется углерод пассивного пула, углерод активного пула, трансформированного и медленного пулов. Трансформированный пул органического вещества, к которому относят обновляемую часть гумуса, потенциально доступную для разложения, подверженную межгодовым колебаниям и чувствительную к агрогенным воздействиям [21], рассчитывали как разность между общим органическим углеродом и углеродом пассивного пула. Углерод пассивного пула определялся по разности между содержанием общего органического углерода в почве, находящейся под паром, и содержанием органического углерода активного пула [3]. Проведенными исследованиями установлено, что во всех вариантах с посевами фитомелиорантов прослеживалась тенденция к возрастанию С орг трансформированного пула (табл. 3). При этом установлен различный характер изменения складывающихся соотношений между активным, медленным и пассивным пулом С орг (табл. 4). Проявляется общая закономерность к снижению активного пула в сентябре (исключение составил вариант опыта с посевом костреца) и возрастанию медленного пула, особенно в посевах травосмесей (кострец+люцерна, тимофеевка+клевер).

Таблица 3

Вариант опыта	Июль	Сентябрь
1. Контроль	650 * 32,5	700 35,9
2. Тимофеевка	770 36,3	860 40,7
3. Кострец	650 32,5	977 43,8
4. Кострец+люцерна	700 34,1	1100 46,8
5.Клевер	770 36,3	950 43,2
6.Тимофеевка+клевер	740 35,4	1040 45,4
7. Люцерна	800 34,7	850 40,4

*Над чертой мг С орг /100г почвы, под чертой % от С орг почвы.

Таблица 4

Соотношение пулов (активного, медленного и пассивного) органического вещества в агротемногумусовой глеевой почве в условиях фитомелиоративного опыта, % от С орг. почвы

Вариант опыта	Активный	Медленный	Пассивный
1. Контроль	32,5 * 35,9	-	67,5 64,1
2. Тимофеевка	36,3 34,5	5,4 6,2	58,0 59,3
3. Кострец	32,5 33,2	1,5 10,6	66,0 56,2
4. Кострец+люцерна	32,7 31,9	1,5 14,9	65,8 53,2
5. Клевер	36,3 35,0	8,5 8,2	55,2 56,8
6.Тимофеевка+клевер	35,4 32,8	4,3 12,7	60,3 54,5
7. Люцерна	37,2 36,7	7,0 3,8	55,8 59,5

* Пулы органического вещества – над чертой данные за июль, под чертой – сентябрь.

Содержание трансформированного органического вещества в летне-осенний период в условиях фитомелиоративного опыта

На наш взгляд, это связано с затуханием процессов трансформации органического вещества в результате снижения микробиологической активности почв. Неоднозначный характер изменения проявлялся в пассивном пуле органического углерода на вариантах: 1 (контроль), 3 (кострец), 4 (кострец+люцерна) и 6 (тимофеев-ка+клевер) – пассивный пул органического углерода уменьшался, тогда как на вариантах 2 (тимофеевка), 5 (клевер) и 7 (люцерна) возрастал. Явное возрастание активного и медленного пулов органического вещества и снижение пассивного зафиксировано с посевами травосмесей: кострец+люцерна, тимофеевка+клевер. Это указывало на переход органического углерода из пассивного в более активный пул. Таким образом, изменение в соотношении пулов органического вещества в агротемногуму-совых отбеленных почвах с посевами фитомелиорантов позволяет судить о возникающих различиях в процессах трансформации органического вещества. Наиболее интенсивно эти процессы протекают c посевами травосмесей, в состав которых входят бобовые культуры.

Выводы

• 1.    Установлена закономерность к накоплению С орг и запасов С орг в горизонте PU агротемногумусовых отбеленных почв на вариантах опыта с посевами различных фитомелиорантов. Наибольшее накопление С орг зафиксировано на вариантах опыта с люцерной и травосмесями: кострец+люцерна, тимофеевка+клевер.

• 2.    Доля лабильного органического вещества, извлекаемого нейтральной пирофосфатной вытяжкой из горизонта PU, изменяется от 31,9 до 36,6 % от С орг . Более высокие показатели С лаб свойственны вариантам с посевами клевера и люцерны. Установлена тесная связь между общим содержанием С орг и С лаб . Коэффициент корреляции составил +0,79.

• 3.    Пул трансформированного органического вещества (С транс ) возрастал на всех вариантах опыта с фитомелиорантами по сравнению с контролем. Наибольшее содержание С транс характерно для посевов люцерны (37,2 % от С орг ). В сентябре, по сравнению с июлем, количество С транс увеличилось на варианте 4 (кострец+люцерна).

• 4.    Распределение С орг активного, медленного и пассивного пулов в горизонте PU агротемногумусовых отбеленных почв с посевами фитомелиорантов свидетельствовало о различиях в протекании трансформационных процессов органического вещества. Наиболее интенсивно эти процессы протекают c посевами травосмесей с бобовыми культурами