Влияние применения различных обработок почв и гербицидов на показатели гумусового и энергетического состояния агроземов

Применения различных технологий в земледелии с использованием гербицидов и воздействие их на почву довольно широко освещены в работах отечественных и зарубежных авторов [5, 8, 12-14]. Проведенными исследованиями по изучению влияния гербицидов на протекание процессов гумусообразования в агрогенных почвах (агроземах) в посевах зерновых культур установлено, что использование гербицидов в значительной мере влияет на трансформацию органического вещества и протекание гумусообразовательного процесса [12]. В то же время изучение влияния гербицидов с одновременной различной системой обработки почв (дискование, вспашка) на процессы гумусообразования не проводились.

Цель работы : изучить изменения в показателях гумусного и энергетического состояния агрогенных почв, интенсивности процессов гумификации при применении различных приемов агротехнической обработки (дискование, вспашка) с использованием гербицидов.

Объекты и методы исследований. Объектом исследований явились агротемногумусо-вые подбелы согласно современной классификации [4], которые составляют основу пахотного фонда Приморского края. Гербицидами обрабатывали посевы зерновых (пшеница) на опытных полях ПримНИИСХ (пос. Тимирязевский ) в специально заложенном полевом опыте по схеме: контроль; на вариантах со вспашкой использовали гербициды трефлан+фабиан в дозе (4+0,10 кг.д.в/га), фабиан (по всходам), фабиан в двойной дозе (0,2 кг/га д.в.); на опыте с дискованием применяли те же сочетания гербицидов.

Содержание и фракционно-групповой состав гумуса определяли общепринятыми методами [1], оценка показателей гумусного состояния почв проведена по Д.С. Орлову с соавторами [11]. Запасы энергии в слое 20 см рассчитывали по методике предложенной Орловым Д.С., Гришиной Л.А [10], затраты энергии на почвообразование по В.Р. Волобуеву [3]. Для характеристики интенсивности протекания разных стадий процесса гумификации использованы показатели, предложенные М.Ф. Овчинниковой: для оценки интенсивности процесса новообразования гуминовых кислот и формирования их подвижных форм – соотношение гуминовых кислот 1-й фракции с соответствующими фракциями фуль-вокислот (С гк-1 /С фк-1 ); для оценки интенсивности процесса полимеризации гумусовых структур и формирования гуматов – С гк-2 /С фк-2 [9]. Интегральное отражение (R) почв исследовано на спектрофотометре СФ-18 [6]. Оптическая плотность гуминовых кислот определена на фотоэлектроколориметре КФК -2МП.

Результаты и обсуждение. Как показали результаты проведенных исследований резких различий в вариантах опыта с применением различных сочетаний гербицидов не установлено (табл. 1). Количество гумуса оставалось на уровне низких значений. Наибольшие изменения в содержании гумуса зафиксировано на варианте опыта с дискованием почв при применении фабиана в двойной дозе. На этом варианте из-за усиления процессов минерализации гумуса более резко уменьшались энергозапасы, что свидетельствует о снижении потенциального плодородия почв.

Во всех исследуемых вариантах опыта показатели энергозапасов почв находились на уровне низких значений. Однако при вспашке почв их содержание было более высоким по сравнению с вариантами с дискованием. Исключение составил вариант опыта с применением фабиана по всходам зерновых культур, в котором независимо от способов агротехнической обработки наблюдалось равное содержание гумуса и его энергозапасов. Различная обработка оказывает влияние на показатели гумусового состояния почв. В основном это сказывается на содержании «свободных» фракций гуминовых кислот (ГК1) в вариантах – 3, 4 и 5 (табл. 2).

Таблица 1. Гумусово-энергетическое состояние агроземов при различных системах обработки почв и применении гербицидов

При вспашке с применением сочетания гербицидов трефлан + фабиан количество гуминовых кислот фракции 1 в пахотном горизонте соответствовало уровню низких, а ГК2 – высоких значений. Дискование почв с подобным сочетанием гербицидов вызвало несколько иные изменения в системе гумусовых веществ. Количество гуминовых кислот фракции 1 снизилось до крайне низких показателей, при этом резких изменений в показателях ГК2 не установлено. Количество гуминовых кислот, связанных с кальцием соответствовало уровню крайне высоких значений. Тип гумуса фульватный. Гуматно-фульват-ный тип гумуса характерен для вариантов 3 и 6 с применением фабиана по всходам пшеницы. Общие запасы гумуса низкие по всем вариантам опыта. На вариантах со вспашкой и обработкой посевов фабианом в двойной дозе в составе гумуса явно доминировали гуминовые кислоты. Тип гумуса изменялся на фульватно-гуматный, тогда как при дисковании почв при подобном применении гербицида в составе гумуса возросло количество фульвокислот, а процесс гумусообразования протекал по фульватному типу, что отрицательно сказывалось на качественном составе гумуса. Судя по соотношению показателей Сгк-1/Сфк-1, характеризующих интенсивность протекания процесса новообразования гуминовых кислот и формирования их подвижных форм, а также Сгк-2/Сфк-2, свидетельствующих об интенсивности процесса полимеризации гумусовых структур и формирования гуматов, на исследуемых вариантах в основном преобладали процессы полимеризации и конденсации гумусовых структур, т.е была наиболее четко выражена вторая стадия гумификации.

На вариантах со вспашкой с применением гербицидов показатели С гк-2 /С фк-2 были гораздо выше (за исключением варианта 3) и соответственно составили: на варианте 1 – 7,24; 2 – 5,98; 3 – 1,98; 4 – 2,34. Тогда как на вариантах с дискованием почв прослеживалось снижение показателей С гк-2 /С фк-2 , что обусловлено, на наш взгляд, более интенсивным процессом трансформации органического вещества. Соотношение С гк-2 /С фк-2 уменьшалось и соответственно составило на варианте 5 – 1,57; 6 – 1,62; 7 – 1,60. Наиболее интенсивно стадия новообразования гуминовых кислот происходит на вариантах опыта 1 и 3, показатели С гк-1 /С фк-1 соответственно составили 0,45 и 0,32.

На вариантах 2 (трефлан+ фабиан) и 3 (фабиан по всходам) отмечалось их снижение до 0,22-0,24. При дисковании почв с применением гербицидов некоторое возрастание процесса новообразования гуминовых кислот установлено для варианта 7: С гк-1 /С фк-1 равно 0,27, тогда как на вариантах опыта 5 и 6 эти показатели соответственно составили 0,11 и 0,23.

Таблица 2. Показатели гумусного состояния агроземов при применении различных обработок почв гербицидов

Помимо изучения изменений в гумусовоэнергетических параметрах почв и стадийности протекания процессов гумификации изучены оптические свойства почв (интегральное отражение R) и их компонентов (гуминовых кислот) – коэффициент цветности (Q 4/6 ). Как показали результаты исследований, резких различий в коэффициентах отражения в пахотных горизонтах исследуемых почв не наблюдалось. Значения коэффициентов отражения плавно увеличивались с возрастанием длины волны от синефиолетовой к красной области спектра. Максимальное расхождение наблюдалось в длинноволновой части. Для вариантов опыта со вспашкой почв (2, 3, 4) установлены большие расхождения в параметрах интегрального отражения почв. В контрольном варианте показатель R составил 28,5%, на вариантах 2, 3, 4 с применением гербицидов – 28,0; 35,3; 31,6%. Наибольшее возрастание интегрального отражения отмечалось на вариантах с применением фабиана (по всходам) (табл. 3). Для этого варианта зафиксировано снижение содержания гумуса с 4,40 до 3,26%. Коэффициент корреляции для пары R – гумус составил – 0,99, что свойственно большинству агроземов Приморья [7]. Степень выраженности связи с типом гумуса (Сгк/Сфк) была менее четкой (r=0,55). На вариантах с дискованием почв резких различий в показателях интегрального отражения не установлено (табл. 3). По сравнению с вариантами со вспашкой почв (2, 3, 4) с применением гербицидов и вариантами с дискованием почв (5, 6, 7) были характерны более высокие показатели интегрального отражения, обусловленные двумя причинами: 1) более низким содержанием гумуса; 2) преобладанием в составе гумуса фракций фульвокислот.

Таблица 3. Изменение оптических показателей почв и их компонентов при различных системах обработки почв и применении гербицидов

Наряду с изучением интегрального отражения почв, исследованы оптические параметры гуминовых кислот – коэффициент цветности. Интенсивность светопоглощения органическим веществом обусловлена молекулярным строением гуминовых и фульвокислот. Органические кислоты относятся к группе высокомолекулярных соединений, состоящих из ароматического ядра и разнообразных периферических группировок. Боковые цепи представлены различными функциональными группами. Соотношения боковых радикалов и углеродистого скелета молекул определяют оптическую плотность гумусовых веществ. Гумусовым кислотам, имеющим более широкое отношение ароматического углерода к углероду боковых радикалов, соответствует большая оптическая плотность и, следовательно, высокая абсорбционная способность [10]. Ароматическая часть молекул фульвокис-лот выражена слабее по сравнению с гуминовыми кислотами, поэтому поглощение света фуль-вокислотами происходит с меньшей интенсивностью.

Отношение оптических плотностей при длинах волн 465 и 650 нм характеризуется коэффициентом оптической плотности гуминовых кислот (Q 4/6 ). В почве содержится смесь не менее двух типов гуматов: темно-коричневые «зрелые» (Q 4/6 =2,6-2,8) и более молодые соединения с более высокими коэффициентами цветности по сравнению со зрелыми гуминовыми соединениями. Связано это с высокой конденсирован-ностью ароматической сетки углеродных атомов в «зрелых» и преобладанием боковых цепей в «молодых» гуматах [2]. Более высокие коэффициенты цветности гуминовых кислот характерны для вариантов с применением гербицидов при дисковании агроземов: трефлан+ фабиан, фабиан по всходам и фабиан с применением двойной дозы. Это указывало на преобладание в строении гуминовых кислот более развитых периферических группировок. При вспашке почв наибольшие различия в строении гуминовых кислот по сравнению с контролем характерны для вариантов с использованием сочетания гербицидов трефлан+ фабиан и фабиана в двойной дозе. Коэффициенты цветности гуминовых кислот в которых составили 9,9 и 6,7, что явно отличало их от гуминовых кислот на варианте опыта с применением фабиана по всходам (Q 4/6 =3,6). Более низкие параметры цветности гуминовых кислот свидетельствовали о более конденсированном ароматическом ядре в строении гуминовых кислот, что, на наш взгляд, обусловлено различием в процессах трансформации органического вещества почв.

Выводы: исходя из изменений гумусовоэнергетических и оптических показателей в аг-роземах следует, что при вспашке интенсивность процессов минерализации ниже по сравнению с дискованием почв. На вариантах со вспашкой почв установлены более высокие показатели содержания гумуса и энергозапасов и меньшие параметры величины интегрального отражения и цветности гуминовых кислот. Для исследуемых вариантов свойственно более интенсивное протекание второй стадии гумификации, связанной с полимеризацией и конденсацией гумусовых соединений.

В агроземах при различных приемах агротехнической обработки почв с применением гербицидов установлены различия в показателях гумусного состояния. При вспашке и обработке почв фабианом в двойной дозе в составе гумуса доминировали гуминовые кислоты, и тип гумуса изменялся на фульватно-гуматный, что позволяет отнести данный агротехнический прием обработки с применение гербицидов к наиболее благоприятному. При дисковании почв при применении фабиана в двойной дозе в составе гумуса возросло количество фульвокислот, а процесс гумусообразования протекал по фуль-ватному типу, т.е изменилось качество гумуса.

Использование фабиана по всходам зерновых культур перспективно как при дисковании, так и вспашке почв, тогда как при обработке фабианом в двойной дозе более позитивные изменения в показателях гумусного состояния почв наблюдаются при вспашке.