Оценка плодородия пахотных почв по содержанию органического вещества и нитратного азота в условиях Красноярского края

Содержание гумуса почвы определяли по методу И.В. Тюрина. Для извлечения подвижной части гумусовых веществ (С 0,1Н. NaOH) использовали 0,1н.гидрооксид натрия при соотношении почвы и растворителя 1:20, а для легкоразлагаемого органического вещества (Слов) – тяжелую жидкость (Р=1,9–2,0 г/см³). Гуминовые кислоты (гк) в составе подвижных гумусовых веществ осаждали серной кислотой, а содержание фульвокислот (фк) рассчитывали по разности между общим содержанием извлекаемых щелочью гумусовых веществ и содержанием гуминовых кислот. По количеству гумусовых кислот определяли отношение Сгк:Сфк первой фракции гумусовых веществ. Нитратный азот определяли ионоселективным методом на приборе

НМ-002. Потенциальное плодородие почв оценивали через гумус, а эффективное – посредством подвижных гумусовых веществ, легкоразлагаемого органического вещества и нитратного азота.

Результаты исследования. Почвенное органическое вещество, в том числе гумусовые вещества, является источником элементов питания высших растений, ресурсом CO 2 , необходимым для процесса фотосинтеза. Гумусовые вещества ускоряют микробиологическую деградацию пестицидов, их достаточное содержание в почве позволяет использовать повышенные дозы минеральных удобрений и является залогом экологического благополучия ландшафта.

Содержание гумуса варьировало по объектам следующим образом. В паровых полях на агрочерноземах и агросерых лесных почвах оно изменялось от 2,50 до 9,01% (табл. 1). Согласно градации, предложенной Л.А. Гришиной и Д.С. Орловым [5], значения варьируют от низкого до высокого уровня. Изучаемые агрочерноземы имеют высокое содержание гумуса, исключением стала почва ОПХ «Минино», где оно оценивалось как среднее. В почвах, представленных агросерым типом, содержание гумуса было гораздо ниже – всего 2,50 и 2,73%. Показатели соответствуют низкому уровню содержания гумуса. Почвы всех паровых полей по содержанию гумуса имеют значительную пестроту. Показатель изменяется в 1,3–2,3 раза. Оценивая потенциальное плодородие почв паровых полей разных объектов, можно утверждать, что оно существенно различалось.

Содержание органического вещества и нитратного азота в почвах

Таблица 1

Хозяйство. Почва	Гумус, %	С ЛОВ , %			N-NO 3 , мг/кг
		min	max	x	min	max	x
ОПХ «Минино». Агрочернозем    глинисто иллювиальный	4,03	0,10	0,40	0,24	5,6	7,9	7,1
Учхоз «Миндерлинское». Агрочернозем	7,02	0,50	0,78	0,67	5,6	10,4	7,4
СПК «Аленушка». Агросерая	2,50	0,77	1,22	1,03	5,6	8,2	7,3
ОАО «Птицефабрика Бархатовская». Агросерая	2,73	1,10	1,30	1,19	9,4	156,7	45,7
СХПК «Причулымский». Агрочернозем глинистоиллювиальный	7,70	0,25	0,50	0,37	13,6	25,4	19,2
ЗАО «Провинция+». Агрочернозем   глинисто иллювиальный	8,33	0,45	0,90	0,70	21,6	53,1	33,2
ООО «Лазурное». Агротемно-серая	9,01	0,97	1,64	1,40	2,2	9,7	5,5
ОПХ «Солянское». Агрочернозем   глинисто иллювиальный	8,61	0,45	1,20	0,76	3,5	7,0	4,4

Легкоразлагаемое органическое вещество (детрит) формируется за счет растительного опада, детрита, останков почвенных животных, органических удобрений. Низкий уровень содержания С ЛОВ может служить критерием выпахивания почв. Дефицит С ЛОВ в почвах определяет ухудшение питательного режима и физического состояния почв. В частности, на основании анализа группового состава гумуса установлено, что детрит служит основным источником подвижных фульвокислот в почве [7].

Содержание легкоразлагаемого органического вещества колебалось по объектам в очень широких пределах. Так, минимальное значение С ЛОВ составляло всего 0,1, а максимальное – 1,64 %, изменяясь более чем в 16 раз. Получена внушительная выборка содержания легкоразлагаемого органического вещества. Необходимо разработать региональную градацию по содержанию С ЛОВ , так как содержание органического вещества в почве меняется в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности. В почвах Сибири происходит менее глубокая переработка растительного вещества, чем в европейских аналогах. Так, степень минерализации растительного вещества за вегетационный период составляла в почвах Западной Сибири всего 45–50 %, а в почвах европейской части страны 65–70 % [11]. В Средней Сибири, на юге Красноярского края, разложение органического вещества достигает 61% за период с весны до осени [12].

Средние значения СЛОВ в почвах колебались от 0,24 до 1,40, их можно оценить соответственно как очень низкое и высокое. В агротемно-серой почве содержание легкоразлагаемого органического вещества оказалось наиболее значительным, что связано с ежегодным продуцированием и поступлением в почву большого количества растительного опада в результате оставления почв под кратковременную залежь. Со- держание СЛОВ в агросерых почвах оценивалось, как и повышенное. В почвах СХПК «Причулымский» и ОПХ «Минино» содержание СЛОВ оказалось меньше всего. На данных объектах оно варьировало в пределах от 0,24 до 0,37 %, что соответствует уровню от очень низкого до низкого. Содержание легкоминерализуемого органического вещества в почвах этих двух хозяйств подвержено сильным изменениям и имеет критическое количество.

Содержание нитратного азота в почвах под чистыми парами очень сильно варьирует, изменяясь в некоторых случаях в несколько раз. В почве ЗАО «Провинция+» и СХПК «Причулымский» показатели нитратного азота были высокие. Накопление нитратов в почве последнего объекта было обусловлено применением азотных удобрений. Самое высокое содержание N-NО 3 фиксировалось в агросерой лесной почве пара ОАО «Птицефабрика Бархатовская». Среднее значение соответствует очень высокому классу обеспеченности. Накопление нитратного азота в почве происходило вследствие использования высоких доз (до 300 т/га) органических удобрений в виде свежего куриного помета. Минимальные и максимальные показатели по данному объекту изменялись в 17 раз, это позволяет говорить о почвенной пестроте и разном эффективном плодородии в пределах парового поля. В почвах других объектов среднее содержание нитратного азота было низким. Таким образом, большинство паровых полей не накопили в почве достаточного количества нитратного азота под урожай сельскохозяйственных культур. Попробуем разобраться в причинах такого положения дел. Ответ может быть найден при анализе количественных и качественных характеристик подвижных гумусовых веществ.

Подвижные гумусовые вещества находятся в почве либо в свободном состоянии, либо в форме непрочных соединений с полуторными окислами [10]. Правомерно отнести данную фракцию гумусовых соединений к подвижным или лабильным гумусовым веществам. Содержание подвижного легкогидролизуемого вещества в почвах в значительной мере определяет их питательный режим и структурное состояние. По этой причине оптимизация количества подвижного органического вещества в почве имеет практическое значение для земледелия.

Содержание подвижных гумусовых веществ в почве паровых полей варьировало по объектам в значительных пределах. Согласно разработанной градации [14], содержание подвижного гумуса во всех случаях оценивалось как высокое и очень высокое (табл. 2). Исключение составляет почва ОПХ «Минино». Здесь содержание подвижного гумуса было оценено как низкое. Такое содержание подвижных гумусовых веществ не позволило накопиться нитратному азоту в процессе парования почвы. Самое значительное количество подвижных гумусовых веществ фиксировалось в агротемно-серой почве, которая ежегодно продуцирует огромное количество растительного материала, являющегося источником данной формы соединений. Высокое содержание подвижных гумусовых веществ не обеспечило накопления нитратного азота в результате парования. Полагаем, что слабая нитрификационная способность парующихся почв в значительной мере связана с качеством подвижных гумусовых веществ, имеющих низкую способность к минерализации. Качественной характеристикой подвижного гумуса может служить отношение Сгк:Сфк первой фракции гумусовых веществ. Основным источником пополнения минерального азота в почве служат мобильные азотсодержащие органические вещества неспецифической природы и наиболее подвижные фракции гумусовых кислот [2]. Г.П. Гамзиков [3] считает, что на всех пахотных почвах Сибири четко прослеживается зависимость накопления нитратного азота от содержания неспецифических органических веществ. При обработке почвы 0,1н. NаОН в экстракт переходят вещества гумусовой природы и неспецифические органические соединения. При разделении гуминовых кислот и фульвокислот неспецифические соединения оказываются вместе с фульво-кислотами, поэтому отношение Сгк:Сфк первой фракции в определенной мере характеризует еще и относительное содержание неспецифических веществ. Чем меньше данное отношение, тем больше относительно общего содержания подвижных гумусовых веществ неспецифических органических соединений переходит в щелочную вытяжку при экстрагировании и тем активнее гумусовые вещества могут вовлекаться в процесс минерализации, служить источником энергии и пищи для микроорганизмов и, как следствие, обеспечивать накопление нитратного азота в почвах. В большинстве случаев отношение Сгк:Сфк было очень широким, что позволяет говорить о слабой доступности гумусовых веществ к минерализации.

Под выпахиванием авторы данной работы понимают элементарный почвенный процесс, вызванный многолетней вспашкой почвы, приводящий к обеднению источников гумуса, агроистощению, физической деградации и в конечном итоге – снижению почвенного плодородия. Выпаханными могут стать как высоко-окультуренные, так и неокультуренные почвы, имеющие высокое и низкое содержание гумуса. Выпахивание является начальной стадией деградации почвенного плодородия. Данный процесс обратим, поскольку после оптимизации режима органического вещества выпаханных почв их эффективное плодородие относительно быстро восстанавливается. Низкий уровень содержания СЛОВ может служить критерием выпахивания почв. Дефицит СЛОВ в почвах определяет ухудшение питательного режима и физического состояния почв. По этой причине оптимизация количества легкоразлагаемого органического вещества в почве имеет для земледелия практическое значение.

Содержание подвижных гумусовых веществ в почвах

Таблица 2

Хозяйство. Почва	С 0,1Н. NaOH, мг/100г
	сумма	гк	фк	гк:фк
ОПХ «Минино». Агрочерноземглинисто-иллювиальный	101	40	61	0,66
Учхоз «Миндерлинское».Агрочернозем	527	329	198	1,66
СПК «Аленушка».Агросерая	415	274	141	1,94
ОАО«Птицефабрика Бархатовская».Агросерая	308	195	113	1,73
СХПК «Причулымский». Агрочерноземглинисто-иллювиальный	382	259	123	2,11
ЗАО «Провинция+». Агрочерноземглинисто-иллювиальный	452	184	268	0,69
ООО «Лазурное».Агротемно-серая	1223	954	269	3,55
ОПХ «Солянское».Агрочерноземглинисто-иллювиальный	952	702	250	2,81

Для количественной оценки степени выпахивания почв используется показатель относительного содержания С ЛОВ , выраженного в процентах к общему содержанию органического вещества в почве (С ОВП ). Для характеристики степени выпахивания почв предложена 25-балльная шкала [1]. Согласно этой шкале, к невыпаханным почвам относятся те, в которых содержание С ЛОВ составляет 25 % и более к содержанию С ОВП . Такие почвы имеют нулевой балл степени выпахивания. При расчете баллов степени выпахивания для почв, в которых относительное содержание С ЛОВ в составе общего С ОВП менее 25 %, полученное отношение вычитается из 25. Таким образом, чем выше балл, тем больше степень выпахивания почв. Изучение количества С ЛОВ в залежных почвах показало несовершенство единой 25-балльной шкалы для разных типов почв, поэтому в настоящее время используются различные шкалы для разных типов почв. Так, для дерново-подзолистых, светло-серых и серых лесных почв применяется 25-балльная шкала, для темно-серых лесных и черноземов лесостепной и степной зон 15-балльная и для каштановых почв 20-балльная шкала.

Полагаем, что для оценки степени выпахивания агрочерноземов и агротемно-серых почв земледельческой части Красноярского края можно предложить следующую градацию (балл): <3,0 – очень слабая; 3,1– 6,0 – слабая; 6,1–9,0 – средняя; 9,1–12,0 – сильная; >12,1 – очень сильная. Данная шкала предлагается для обсуждения и апробации.

В таблице 3 представлены значения общего содержания органического вещества в почвах, а также количество его легкоразлагаемого компонента. Согласно разработанному подходу, черноземы в Учхозе «Миндерлинское», ЗАО «Провинция+» и ОПХ «Солянское» имеют слабую степень выпахивания, соответственно в 0,9, 2,3 и 1,8 балла. Почвы ОПХ «Минино» и СХПК «Причулымский» оцениваются степенью выпахивания соответственно в 5,7 и 7,4 баллов. Полагаем, что для оценки степени выпахивания почв паровых полей предложенный подход не всегда будет достаточно объективен. Так, почва СХПК «Причулымский» считается выпаханной, но в результате парования в ней накопилось достаточно много нитратного азота, поэтому считать данную почву выпаханной нельзя. Необходимо также учитывать еще одно обстоятельство. Под влиянием парования в почве резко уменьшается количество растительного материала, составляющего большую часть легкоминерализуемого органического вещества. В земледельческой части Красноярского края в почве за период парования запасы растительного материала уменьшаются примерно на 50 % [4, 13]. Из этого следует, что на начало парования содержание С ЛОВ в почвах было в два раза выше, и они не являлись выпаханными. Почвы других объектов не относятся к выпаханным, так как содержание легкоразлагае-мого органического вещества оказалось достаточным по отношению к общему содержанию органического вещества. Полагаем, что для определения содержания С ЛОВ и получения сравнимых данных по степени выпахивания почв нужно установить сроки отбора почвенных образцов для анализа. На наш взгляд, правильнее устанавливать содержание С ЛОВ на начало парования. Таким образом, если следовать такой логике, то все исследуемые почвы не являются выпаханными. Исключением является агрочернозем глинистоиллювиальный в ОПХ «Минино», где содержание подвижных гумусовых веществ и легкоразлагаемого органического вещества было крайне низкое.

Таблица 3

Хозяйство. Почва	Совп, %	Слов, %	Степень выпахивания почв, балл
ОПХ «Минино». Агрочернозем глинисто-иллювиальный	2,58	0,24	5,7
Учхоз «Миндерлинское». Агрочернозем	4,74	0,67	0,9
Берёзовский. СПК «Аленушка». Агросерая	2,48	1,03	0,0
ОАО«Птицефабрика Бархатовская». Агросерая	2,77	1,19	0,0
СХПК «Причулымский». Агрочернозем глинистоиллювиальный	4,84	0,37	7,4
ЗАО «Провинция+». Агрочернозем    глинисто иллювиальный	5,51	0,70	2,3
ООО «Лазурное». Агротемно-серая	6,63	1,40	0,0
ОПХ «Солянское». Агрочернозем     глинисто иллювиальный	5,75	0,76	1,8

Выводы

Степень выпахивания почв

• 1.    Почвы паровых полей выбранных объектов отличаются между собой по содержанию органического материала и гумусовых веществ. Потенциальное плодородие почв всех объектов оценивается как среднее и высокое.

• 2.    Эффективное плодородие почв представленных объектов резко отличается. Содержание легкоминерализуемого органического вещества очень сильно (в 5–6 раз) изменяется в почвах паровых полей. Колебания С ЛОВ обусловлены как условиями почвообразования, так и различным хозяйственным использованием почв.

• 3.    Содержание подвижных гумусовых веществ и нитратного азота в почвах паровых полей изменяется от низких до очень высоких значений. Парование почв с низким содержанием подвижных гумусовых веществ и легкоразлагаемого органического вещества, при отсутствии внесения азотных удобрений, не обеспечивает накопления нитратного азота в почве. Абсолютное значение содержания подвижных гумусовых веществ в почве должно дополняться качественной характеристикой, а именно отношением Сгк:Сфк.

• 4.    Для комплексной оценки почвенного плодородия и оценки степени выпахивания почв рекомендуется использовать содержание легкоразлагаемого органического вещества и содержание подвижных гумусовых веществ. При оценке степени выпахивания агрочерноземов и агротемно-серых почв земледельческой части Красноярского края предлагается апробировать следующую градацию (балл): <3,0 – очень слабая; 3,1–6,0 – слабая; 6,1–9,0 – средняя; 9,1–12,0 – сильная; >12,1 – очень сильная.