Кислотно-основная буферность светло-серой лесной почвы разной степени эродированности при длительном сельскохозяйственном использовании

В природных условиях буферность зависит не только от твердых фаз почвы, но и от населяющих ее организмов, от интенсивности нисходящих или восходящих потоков влаги, постоянно нарушающих складывающееся почвенно-химическое равновесие. Буферность в таких условиях приобретает черты динамического показателя и характеризует способность почв не только противостоять изменению рН при подкислении или подщелачивании, но и восстанавливать прежнее значение во времени. А определение кислотноосновной буферности с использованием непрерывного потенциометрического титрования (НПТ) необходимо не только для выяснения механизмов устойчивости к внешним воздействиям, но и последствий в результате загрязнения и выноса питательных элементов [4]. Одним из мощных факторов, ухудшающих естественное и эффективное плодородие почв, являются процессы эрозии почв, так как при этом происходит смыв самой плодородной верхней части гумусового горизонта.

На территории Республики Башкортостан 54 % площади пахотных земель составляют почвы, подверженные водной и ветровой эрозии. Процессы водной и ветровой эрозии генетически взаимосвязаны и их совместное проявление усиливает разрушение почв [8]. При слабой эрозии теряется в зависимости от типа и подтипа почвы 0,6–2,5 тыс. т/га почвенной массы, при средней – 3,0–7,3 и при сильной – 5,4–11 тыс. т/га. С этой массой выносится колоссальное количество гумуса и азота, а вместе с ними – десятки тонн питательных веществ [10]. Например, при смыве почвы 25–50 т с 1 га теряется около 2–5 т гумуса, 150–250 кг азота и 30–50 кг фосфора ежегодно. Урожаи сельскохозяйственных культур на этих почвах в зависимости от степени эродированности в среднем на 20–70% ниже, чем на неэродированных [9].

Ранее нами были выявлены особенности изменения буферной способности зональных типов почв Южного Приуралья в кислотно-основном интервалах в агротехногенных условиях [6].

Целью данной работы является изучение буферной способности в кислотно-основном интервале светло-серой лесной почвы при ее эрозионной деградации и при длительном сельскохозяйственном применении в комплексе с агрохимическими и физико-химическим показателями.

Исследования проводились в образцах почвенных разрезов светло-серой лесной почвы Янаульского района Республики Башкортостан на участках с разной степенью их эродированности при длительном сельскохозяйственном использовании (35 лет): Р.53 – неэродированная, Р.54 – среднеэродированная, Р.55 и Р.56 – сильноэродированные, Р.57 – целина, Р.58 (залежь) и Р.59 (пашня) – слабоэродированные.

Агрохимические показатели и физико-химические свойства в изучаемых почвах определяли общепринятыми методами согласно руководствам по химическому анализу почв [1, 2]. Для характеристики кислотно-основной буферной способности почвенных образцов использовали метод непрерывного потенциометрического титрования (НПТ) [5]. Результаты статистически обработаны с помощью программы Excel.

Результаты и их обсуждение . Cветло-серые лесные почвы в зависимости от гранулометрического состава в кислотном интервале могут быть неустойчивыми и среднеустойчивыми, а в щелочном – устойчивыми и среднеустойчивыми [7].

Исследуемая светло-серая лесная почва показала среднюю устойчивость к протонированию и в кислотном, и в щелочном интервалах относительно целинного аналога (табл. 1). В эродированных вариантах буферная способность почвы меняется неоднозначно. По результатам непрерывного потенциометрического титрования (НПТ) наблюдается заметное снижение буферной площади пахотной светло-серой лесной почвы в кислотном интервале по сравнению с целинной. При слабой степени эродированности буферные площади на пашне и на залежи примерно одинаковы, за исключением горизонта А 1 А 2 , где в щелочном интервале буферность на пашне увеличилась на 6 см², а в кислом соответственно уменьшилась. Но при сравнении с неэроди-рованной почвой мы видим и на залежи, и на пашне явное (8–9 см²) увеличение площади буферности в щелочном интервале. А в горизонтах А 2 В и В 1 , где рН Н 2 О составляет 5,4–5,6 единиц, разница составляет 15–20 см², т.е. здесь изменение буферной способности почв этих вариантов может быть связано с увеличением обменной кислотности и образованием солей алюминия, которые появляются благодаря разрушению части легко разлагающихся цеолитных силикатов. Буферность благодаря образованию этих солей алюминия начинается только при довольно кислой реакции почвы, когда перейдена граница для существования ионов алюминия, которая лежит при реакционном числе около 5,5. Образование соли алюминия может происходить только из глинозема, который освобождается благодаря полному разложению цеолитных силикатов [3].

При средней степени эродированности буферная способность в щелочном плече резко падает по сравнению с неэродированной почвой на 10–12 см² , начиная с А пах и до горизонта В 1 включительно.

Нужно отметить, что выявленные изменения буферности исследуемой почвы, как в кислотном, так и в щелочном интервалах, прямо зависят от валового содержания гумуса и степени обогащенности его азотом (С:N). Противоречивые корреляционные зависимости по горизонтам в почвенных разрезах наводят на мысль, что различия в направлениях изменения буферности серой лесной почвы обусловлены превращениями азота гумусовых веществ в результате минерализационных процессов в почвах согласно разной степени их эродированности (табл.). Известно, что аминокислоты, как продукты расщепления белков, являются одним из химических веществ, обусловливающих буферность почвы, что связано с их амфолитным характером из-за одновременного присутствия щелочно реагирующих аминогрупп и кислых карбоксильных групп. К примеру, вышеупомянутое понижение буферной способности к подщелачиванию в среднеэродированной почве может быть связано с увеличением количества фульвокислот при разложении гумусовых веществ до простых соединений, а также с изменением качественного состава аминокислот в периферических цепях гумусовых соединений. Второй причиной изменений буферной способности почв при воздействии кислот и щелочей является обеднение основаниями цеолитных силикатов и гуматов [3]. По нашим данным (табл. 1) видно, что в среднеэродированной почве потеря обменного кальция в составе ППК составила 45–50 %, и при этом сильно понизилась общая буферная способность светло-серой лесной почвы. Более значительное понижение буферной площади в щелочном интервале, скорее всего, связано с разной степенью подвижности новообразованных гумусовых азотсодержащих соединений в эродированных вариантах светло-серой лесной почвы. Если в пахотных горизонтах почв буферность в кислотном интервале тесно связана с количеством общего гумуса (r = 0,71), азота (r = 0,76), в том числе и щелочногидролизуемого (r = 0,67), то в горизонте А 2 В связь буферности к подкислению и общим гумусом ослабевает (r = 0,37), и в горизонте В 1 уже не наблюдается (r = 0,23). В то же время связь буферности в кислотном интервале как с общим азотом (r = 0,88), так и подвижным (r = 0,91) явно усиливается именно в горизонте А 2 В. А в горизонте В 1 влияние этих форм азота выявлено только на буферную способность в щелочном плече, причем связь отрицательная (r = -0,78 и r = -0,57 соответственно).

Кислотно-основная буферность и агрохимические свойства светло-серой лесной почвы

В сильноэродированных почвах из-за потери пахотного слоя А ПАХ и подпахотного А 1 А 2 слоя почвы в результате эрозионных процессов горизонты А 2 В и В 1 выходят на поверхность, отмечается в этих горизонтах существенное и неодинаковое изменение буферности в обоих интервалах. В разрезе № 55 наблюдается уменьшение буферной площади в щелочном плече на 10 см² и в горизонте А 2 В, и в горизонте В 1 по сравнению с контрольной почвой. А в разрезе № 56 заметно увеличение буферности в кислотном интервале до 10 см², особенно в горизонте А 2 В по сравнению с почвой разреза №55. Думается, что здесь имеет место некоторое усиление процесса нитрификации, о чем свидетельствует как изменение реакции среды в щелочную сторону, так и повышение количества поглощенного кальция, общего азота и гумуса в горизонте А 2 В разреза № 56. Т.е. на разнонаправленных изменениях агрохимических свойств сильноэродированных почв могли отразиться процессы накопления питательных элементов в результате их смыва сверху вниз по склону.

Что касается содержания поглощенных оснований по горизонтам, то в среднеэродированной светлосерой лесной почве количество обменного кальция уменьшается почти в два раза по сравнению с неэроди-рованной серой лесной почвой и ее целинным аналогом. А в слабоэродированной почве количество обменного кальция остается примерно таким же. Относительно количества обменного магния вывод неоднозначен и меняется в зависимости от степени эродированности почв. В неэродированной светло-серой почве и ее целинном аналоге, начиная с пахотного и до горизонта В1,, количество поглощенного магния остается одинаковым. В слабоэродированных почвах на залежи и на пашне в верхних двух горизонтах количество обменного магния незначительно возросло, а в горизонтах А2В и В1 на залежи количество обменного магния в три раза больше, чем на пашне. Эти различия, очевидно, связаны с изменением реакции среды в кислую сторону в эродированных почвах, где pH H2O уменьшилась на единицу. Что подтверждается и отрицательной коррелятивной зависимостью между содержанием магния и обменной кислотностью книзу по всем горизонтам почвенного профиля (r = -0,76 в Апах; -057 в А2В и -0,33 в В1).

Относительно буферности слабоэродированных почв в кислотно-основном интервале на пашне явных изменений по сравнению с неэродированной нет, а на залежи есть тенденция к некоторому уменьшению буферной способности к подкислению, и к увеличению к подщелачиванию. Это может быть связано с обменными реакциями превращения новообразованных гумусовых соединений, в том числе азотоорганических, при участии поглощенных оснований, что косвенно подтверждается тесными коррелятивными связями буферности в кислотном интервале с гумусом (r = 0,71), азотом (r = 0,75) и кальцием (r = 0,74) в пахотном горизонте. Содержание щелочногидролизуемого азота во всех вариантах максимальное в верхнем горизонте почв. Вниз по профилю количество его уменьшается и находится в соответствии с содержанием в почве гумуса и общего азота.

При длительном сельскохозяйственном использовании эродированных почв степень проявления этого процесса зависит от характера обработки почвы и севооборотов. Например, в условиях Южного Предуралья при зернопаропропашных севооборотах мощность гумусированных горизонтов, запасы и содержание гумуса и питательных элементов, особенно в средне- и сильноэродированных черноземах значительно снижаются [11]. А на светло-серых лесных почвах при применении минимальных и комбинированных обработок и зернопаротравяных севооборотов можно добиться приостановления эрозионных процессов и даже увеличить мощность гумусовых горизонтов, содержание и запасы гумуса. Согласно нашим исследованиям по ретроспективному мониторингу свойств почв [12], в условиях почвосберегающей обработки запасы гумуса увеличились в слабо-эродированной светло-серой лесной почве на 8,7 т/га, а при переводе в залежь – на 29,1 т/га.

Заключение

При слабой степени эродированности буферные площади в кислотно-основном интервале на пашне и на залежи примерно одинаковы, но при сравнении с неэродированной почвой и ее целинным аналогом наблюдается явное увеличение площади буферности в щелочном интервале, особенно в нижних горизонтах (А 2 В и В 1 ). При средней степени эродированности общая буферная способность почвы понизилась особенно в щелочном интервале вниз по профилю по всем горизонтам, начиная с А пах и до горизонта В 1 включительно. При этом выявленные изменения буферности исследованной почвы как в кислотном, так и щелочном интервалах прямо зависят от валового содержания гумуса и степени обогащенности его азотом (C: N).

В сильно эродированных почвах из-за потери пахотного слоя А пах и подпахотного А 1 А 2 , горизонты А 2 В и В 1 выходят на поверхность. Это, а также расположение почвенных разрезов относительно склона привели к разнонаправленным изменениям буферной способности светло-серой лесной почвы. Повышение буферности в кислотном интервале положительно коррелировало с валовым содержанием гумуса, щелочногидролизуемого азота и поглощенных оснований.