К оценке экологического состояния лугово-бурых почв Приморья

Введение . Согласно проведенной качественной оценке почв юга Дальнего Востока, лугово-бурые и черноземовидные почвы отнесены к третьей группе. Почвы, входящие в эту группу, могут быть широко использованы в зерно-соевых севооборотах, в кругу полевых, овощных и кормовых культур. Черноземовидные почвы составляют национальное богатство Дальнего Востока [9]. На территории Приморского края встречаются отдельные ареалы лугово-бурых черноземовидных почв. При этом неоднородность в гидротермических условиях формирования почв на территории Приморья и использование в системе земледелия накладывают отпечаток на протекание почвообразовательного процесса и основные физикохимические свойства почв, что отражается на их экологическом состоянии.

Почвы являются основным резервуаром почвенного органического углерода. При их распашке усиливается минерализация органического вещества и уменьшается поступление растительных остатков. Происходит снижение содержания гумуса, которое по сравнению с целинными аналогами может достигать от 10 до 30 % [10]. В связи с этим весьма актуально проведение исследований по изучению экологического состояния лугово-бурых почв, вовлеченных в систему земледелия края.

Цель исследования – оценка содержания гумуса, ферментативной активности агрогенных почв и микроэлементного состава лугово-бурых почв, сформированных в различных гидротермических условиях.

В задачи исследования входило:

• 1)    изучение физико-химических свойств почв и их микроэлементного состава;

• 2)    оценка содержания и запасов гумуса в лугово-бурых почвах различных гидротермических провинций и ферментативной (каталазной) активности почв;

• 3)    установление связи между параметрами каталазной активности и микроэлементным составом почв.

Объекты и методы исследования . Объектом исследования явились полугидроморфные почвы, расположенные в Приханкайской и Верхне-Раздольненской гидротермических провинциях (ГТП) – лугово-бурые отбеленные и лугово-бурые черноземовидные. Названия почв даны по классификации Г.И. Иванова [8]. Исследование проводилось на специально заложенных индивидуальных разрезах. В пределах Приханкайской ГТП [16] исследованы луговобурая отбеленная и лугово-бурая черноземовидная почвы.

Лугово-бурая отбеленная почва (разрез 1-15) сформирована в пределах третьей террасы р. Раздольной. Профиль почвы дифференцирован на горизонты: Апах (0–30 см) – А1В (30–51) – А2Вg (51–70) – Вg (70–85) – ВСg (85–110 см).

Разрез 2-15 лугово-бурой черноземовидной почвы заложен на поле, в 1,5 км на юг от с. Константиновка. Профиль почв состоит из генетических горизонтов: Апах (0–20 см) – АВ (20–94) – А1В (94–110) – ВС (110 см и ниже).

В пределах Верхне-Раздольненской провинции исследована лугово-бурая черноземовидная глееватая почва. Разрез 3-15 заложен на пашне в 500 м от с. Пуциловка. Профиль почвы дифференцирован на горизонты Апах (0-20 см) -А1В (20-40) - В1д (40-50) - ВСд (50-110 см).

В работе применены физико-химические и микробиологические методы исследований. Кислотность почв (рН водный, рН солевой) определяли потенциометрически на рН-метре ОР-264; гидролитическую кислотность - по Каппену-Гильковицу, содержание гумуса - по методу Тюрина; поглощенные основания - по Шоллен-бергеру, подвижный фосфор - по Кирсанову, калий - по Масловой [1, 12]. Ферментативную (каталазную) активность почв исследовали газометрически по Галстяну [11].

Элементный состав почв определяли методом энергодисперсионной рентгенфлуорес-центной спектроскопии на анализаторе EDX 800HS-P (Shimadzu, Япония), оснащенном родиевым катодом, в формате количественного анализа в вакуумной среде.

Статистическую обработку данных осуществляли стандартными методами дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [7].

Результаты исследования и их обсуждение . Лугово-бурые отбеленные и лугово-бурые черноземовидные почвы приурочены к Прихан-кайской гидротермической провинции, с высокими показателями среднегодовой нормы выпадения осадков (до 700 мм), радиационного баланса (52,2 ккал/см²). Затраты энергии на почвообразование составляют 30,6 ккал/см²год, а сумма активных температур колеблется от 2 450 до 2 500 °С [16].

Процесс гумусообразования в лугово-бурых отбеленных почвах (р. 1-15) протекал в условиях слабокислой реакции среды. Содержание гумуса, согласно оценочным градациям [13], ниже среднего, запасы гумуса в слое 20 см средние - 126,9 т/га. Почвы насыщены основаниями, среди которых наиболее преобладающими являлись ионы Са2+ и Mg2+. В лугово-бурых черноземовидных почвах, по сравнению с лугово-бурыми отбеленными, в горизонте Апах возрастает содержание Са2+ (табл. 1). Связано это со значительным количеством поступления зольных элементов при разложении корневых остатков, а также проведенным ранее известкованием почв. По сравнению с лугово-бурыми отбеленными почвами возрастает степень на- сыщенности почв основаниями с 82,2 до 92,4 %. Обогащенность почв каталазой соответствовала низкому уровню (табл. 2). Содержание подвижного фосфора в лугово-бурых отбеленных почвах, судя по оценочным градациям, разработанным для пахотных почв Приморья [15], низкое и обусловлено протеканием в них процесса конкрециобразования, в результате которого фосфор переходит в недоступное фиксированное состояние в железомарганцевые конкреции [8]. Уровень содержания подвижного калия достигал высоких значений в пахотном горизонте почв, вниз по профилю уменьшался до средних показателей. В лугово-бурых черноземовидных почвах зафиксировано крайне избыточное содержание фосфора и повышенное содержание калия в горизонте Апах.

Лугово-бурые черноземовидные оглеенные почвы испытывают поверхностное переувлажнение из-за стока поверхностных вод с прилегающих территорий, что усиливает в них процессы оглеения. Гумусообразование в почвах протекает в условиях слабокислой реакции среды. Почвы насыщены основаниями (93,7 %), среди которых преобладают ионы Са2+ и Мд2+. В горизонте В1д зафиксировано накопление гумуса и Са2+, что связано с миграцией их из горизонта А1В в связи с поверхностным переувлажнением почв. По сравнению с луговобурыми черноземовидными почвами, сформированными в Приханкайской ГТП, для луговобурых черноземовидных глееватых почв свойственно более низкое содержание гумуса (до 2,40 %) и низкие его запасы (до 75,9 т/га). Также зафиксировано снижение содержания подвижного фосфора с 25,0 до 14,3 мг/100 г, но количество его соответствовало уровню очень высоких значений. Содержание подвижного калия уменьшалось до средних величин. Обогащен-ность почв каталазой соответствовала низкому уровню.

При изучении содержания микроэлементов (табл. 3) установлено, что в пахотных горизонтах лугово-бурых черноземовидных почв концентрация Cr и Cu на протяжении всего почвенного профиля превышает региональные клар-ковые значения.

Физико-химические показатели лугово-бурых отбеленных и лугово-бурых черноземовидных почв

Таблица 1

05 О со со о о ZE	1— о со S о	аз Р 41 о о	Гумус, %	Гидролитическая кислотность, мг-экв/ 100 г почвы	рН		Поглощенные катионы по Шолленбергеру, мг-экв/100 г почвы				Фосфор по Кирсанову	Калий по Масловой
					вод ный	со-левой	Са 2+	Мg 2+	К +	Na+
											мг/100 г почвы
1-15	Апах	0–30	4,77	6,45	5,90	4,72	17,49	10,07	0,63	1,64	1,80	19,93
	А1В	30–51	1,58	6,97	6,08	4,01	16,90	11,45	0,46	1,97	0,23	11,99
	А2Вg	51–70	1,36	6,82	5,92	3,93	18,70	13,20	0,47	1,70	0,23	12,32
	Вg	70–85	0,86	5,45	5,92	4,01	17,21	14,43	0,47	2,00	0,23	10,88
	ВС	85–110	0,86	5,45	5,90	4,02	17,21	13,88	0,38	1,86	0,19	12,43
2-15	Апах	0–20	3,23	2,74	6,70	5,35	22,79	11,66	0,45	1,30	25,44	15,05
	АВ	20–94	2,10	1,91	7,16	5,47	21,94	14,98	0,89	1,79	12,84	7,60
	А1В	94–110	1,92	1,37	7,36	5,78	21,73	14,31	0,45	1,44	16,59	7,84
3-15	Апах	0–20	2,40	2,55	6,80	5,28	21,60	12,42	0,37	1,39	14,31	7,99
	А1В	20–40	1,25	2,00	6,91	5,20	14,18	13,13	0,47	1,29	10,50	6,51
	Вg	40–50	1,68	2,22	6,98	5,30	19,98	14,58	0,34	1,11	8,91	6,48

Вестник КрасГАУ. 2016. №7

Таблица 2

Номер разреза	Почва	Горизонт	Глубина, см	Ка*, О 2 см3 на 1 г почвы/мин
1-15	Лугово-бурая отбеленная	Апах	0–30	1,6
		АВ	35–51	1,1
		А2Вg	51–70	0,9
		Вg	70–85	0,5
2-15	Лугово-бурая черноземовидная	Апах	0–20	2,5
		АВ	20–94	1,6
		А1В	94–110	1,1
3-15	Лугово-бурая черноземовидная оглеенная	Апах	0–20	1,8
		А1В	20–40	1,2
		Вg	40–50	1,7

*Ка - каталазная активность почв.

Таблица 3

1— ф ф ф о S	Разрез 1-15				Разрез 2-15			Разрез 3-15
	Глубина, см
	0–10	35–51	51–70	71–80	0–20	40–70	94–100	0–20	20–40	40–60
Cr	90,13	96,40	109,27	108,33	107,2	102,5	109,3	105,4	105,4	101,8
Co	23,80	28,30	33,90	35,13	29,0	32,7	29,7	29,5	29,9	30,6
Ni	42,87	39,90	40,25	21,20	48,5	41,0	36,3	46,4	55,1	44,5
Cu	22,83	63,40	66,15	38,30	55,2	47,1	42,9	48,9	37,5	42,3
Zn	46,27	62,70	50,40	50,55	76,8	64,3	64,3	50,5	64,3	72,0
Y	38,33	35,23	34,10	32,33	33,2	34,3	34,5	29,3	29,2	30,7
Ba	549,20	539,27	550,87	539,70	580,8	603,7	578,7	614,5	630,5	638,6
Pb	36,70	40,25	37,20	37,13	32,4	36,9	24,7	20,3	32,6	26,7

Каталазная активность в лугово-бурых отбеленных и лугово-бурых черноземовидных почвах юга Приморья

Содержание валовых форм микроэлементов, мг/кг

Содержание Cr выше величины кларка в 1,5– 1,6 раза, Cu – в 1,9–2,7 раз. В лугово-бурых отбеленных почвах содержание Cu в пахотном слое находится в пределах кларка и резко увеличивается в нижележащем горизонте, превышая установленную величину в 3,3 раза. Высокое содержание Cu объясняется спецификой почвообразовательных процессов региона, где содержание валовых форм элемента варьирует от 2,7 до 98 мг/кг и концентрация ниже среднего (менее 20 мг/кг) в основном характерна для болотистых почв [4]. Согласно Российскому санитарно-гигиеническому ГОСТ 17.4.102-83, Cu и Cr относятся к умеренно опасным химическим веществам [5]. ПДК валовых форм данных элементов для почв России не приняты.

Для Cu установлена ОДК, которая составляет 66 мг/кг. Содержание Cu в пахотном слое исследуемых почв соответствует уровню ОДК элемента в почвах. Согласно рекомендациям Ю.Н. Водяницкого, для оценки токсичности Cr мы использовали западно-европейские и североамериканские нормативы, по которым ПДК элемента составляет 200 мг/кг [2]. Содержание валовых форм Cr в исследованных почвах ниже указанной величины в 1,8–2,2 раза.

В литературе встречаются сведения о неоднозначном влиянии микроэлементов на ферментативную активность почв. В основном результаты свидетельствуют о том, что большинство тяжелых металлов в повышенных концентрациях подавляют активность фермента каталазы [2, 3, 6]. В исследуемых почвах направление и степень тесноты связей микроэлементов с каталазной активностью разнятся и зависят от специфических особенностей каж- дого почвенного типа. В лугово-бурых отбеленных почвах Cr и Co отрицательно коррелируют с ферментом каталазы (г = - 0,9). В лугово-бурых черноземовидных почвах выявленная связь отсутствует, но установлена достоверная корреляция между изменением каталазной активности и содержанием Cu (г=+0,9) и Zn (г=+0,8) по профилю, которая в лугово-бурых отбеленных почвах выражена слабо.

В обоих типах почв Приханкайской ГТП выявлена прямая корреляционная зависимость (г=+0,8) между концентрацией валовых форм Ni и каталазной активностью, что говорит об активном участии элемента в биохимических процессах, идущих в почвах. В лугово-бурых черноземовидных почвах Верхне-Раздольненской ГТП, отличающейся от исследуемых почв При-ханкайской ГТП по характеру увлажнения, содержанию гумуса и физико-химическим показателям, корреляция между Ni и каталазой не установлена.

Выводы

• 1.    Для лугово-бурых отбеленных и луговобурых черноземовидных почв Приханкайской ГТП характерно более высокое содержание гумуса и его запасов по сравнению с лугово-бурыми черноземовидными оглеенными почвами Верхне-Раздольненской ГТП. Лугово-бурые черноземовидные почвы исследуемых провинций различаются внутрипрофильным характером распределения гумуса. В Приханкайской ГТП почвам свойственен постепенно убывающий характер распределения гумуса, тогда как в Верхне-Раздольненской провинции из-за поверхностного переувлажнения прослеживался вынос гумуса из горизонта А1В и накопление в В1д.

• 2.    В составе почвенного поглощающего комплекса в исследуемых почвах преобладают ионы Са²⁺ и Мд²⁺. Лугово-бурые отбеленные почвы отличались от лугово-бурых черноземовидных меньшими показателями степени насыщенности основаниями и содержанием подвижных форм калия и фосфора.

• 3.    По степени обогащенности каталазой исследуемые почвы относятся к группе почв с бедной каталазной активностью.

• 4.    В пахотных горизонтах лугово-бурых черноземовидных почв концентрация Сг и Cu на протяжении всего почвенного профиля превышала региональные кларковые значения. В лугово-бурых отбеленных почвах содержание Cu в пахотном слое находится в пределах кларка и резко увеличивается в нижележащем гори-

• зонте, что объясняется спецификой почвообразовательных процессов региона.

• 5.    Особенности формирования и развития почв в разных гидротермических провинциях и использование их в системе земледелия обусловили разнообразные закономерные связи между микроэлементным составом и каталазной активностью почв. В лугово-бурых отбеленных почвах Cr и Co отрицательно коррелируют с ферментом каталазы (г = -0,9). В лугово-бурых черноземовидных почвах установлена достоверная корреляция между изменением каталазной активности и содержанием Cu (г = +0,9) и Zn (г = +0,8). В обоих типах почв Приханкайской ГТП выявлена прямая корреляционная зависимость (г=+0,8) между концентрацией валовых форм Ni и каталазной активностью.