Влияние степени эродированности почв восточной части Окско-Донской равнины на их биологическую активность

В процессе длительной сельскохозяйственной эксплуатации в почвах, занятых агроценозами, происходят существенные изменения, прежде всего, гумусного состояния. Органическое вещество играет большую роль в трофической функции почвы [1-4]. Синтетическая деятельность микроорганизмов является глобальным процессом трансформации органических веществ. От степени гумификации зависит устойчивость почв к природным и антропогенным воздействиям. Предотвращение деградационных процессов почв возможно с помощью оптимизации их биологической активности, как незаменимого условия гумусообразования [1, 4].

Цель работы: определении влияния степени эродированности почв Восточной части Окско-Донской равнины на их биологическую активность.

Район исследования охватывал восточную часть Окско-Донской равнины, находящуюся в среднем течении р. Хопёр – крупнейшего левого притока Дона. Хопёр протекает по пяти районам Саратовской области: Ртищевскому (преобладают выщелоченные чернозёмы), Турковскому (типичные чернозёмы), Романовскому, Аркадак-скому и Балашовскому (обыкновенные чернозёмы). Почвы перечисленных районов относятся к самым плодородным.

Костян Сирануш Григоровна, аспирантка

Материалы и методы исследования. Для выявления динамики определяли содержание гумуса в пахотном горизонте почв в 2003, 2008 и 2013 гг. Были исследованы пахотные земли в ряду: чернозёмы выщелоченные → типичные → обыкновенные. Объекты представляли собой участки водоразделов, расположенные в наиболее типичных для данной почвенной подзоны биоклиматических условиях. Определение показателей гумусного состояния проводили по Тюрину (в модификации ЦИНАО). Отбор образцов почвы для микробиологического и биохимического анализов проводили на преобладающем в районе исследования чернозёме обыкновенном по методикам Д.Г. Звягинцева, Ф.Х. Хазиева [2, 6] и Е.З. Теппер [5]. Для гидролиза использовали очищенные от растительных остатков воздушно-сухие образцы почв. Аминокислоты определяли на аминокислотном анализаторе Hd - 1200E.

Результаты и их обсуждение. Количество гумуса в почвах восточной части Окско-Донской равнины колеблется в широких пределах: 5,1-8,3%. В чернозёмах гумус по профилю распределяется плавно и на большую глубину (до 1,5 м), в горизонте А здесь содержится 3645% от метрового запаса. Таким образом, как относительное содержание гумуса, так и его запасы обусловливают потенциальное плодородие почвы. Также значительным показателем плодородия почвы считается процентное содержание азота в гумусе. Его количество в гумусе верхних горизонтов почв составляет примерно 6%, и этот показатель является характерным для многих почв. Содержание азота в составе гумуса изме- няется и по профилю. Среди главных причин возникновения отрицательного баланса гумуса следует назвать эрозию почв, интенсивную минерализацию и невосполнение потерь гумуса. Скорость падения содержания гумуса за последние 10 лет достигла 0,03% в год. В результате эрозии, минерализации и разбавления содержания гумуса в верхнем горизонте, она снижается в следующих количествах: в слабоэродированных на 3,5-4,1%; в среднеэродированных – на 26-70% и в сильноэродированных – на 62-81% [1, 4].

Изучение длительного применения удобрений в полевых севооборотах показало, что на чернозёмах обыкновенных и выщелоченных содержание гумуса в пахотном горизонте без удобрений снизилось по сравнению с исходным на 0,41-0,67%, или на 5,7-9,2% от исходного.

При насыщенности севооборотов навозом (в количестве 5-6 т/га) снижение составило в чернозёме обыкновенном 0,02%, а в выщелоченном – 0,05%. Общеизвестно, что количество гумуса значительно снижается в результате ветровой и водной эрозии. Проведенные нами исследования подтверждают большие потери гумуса, которые усугубляются с ростом степени эродированности почвы (табл. 1). В слабо эродированных почвах эти потери составляют 8,2-13,6%. Более значительные потери отмечаются для среднеэродиро-ванных почв – 24,8%. Сильноэродированные почвы содержат на 37,7-45,2% меньше гумуса, чем неэродированные почвы. За период исследований наблюдалось снижение количества гумуса с 6,42-8,26% до 5,14-7,32% в различных подвидах чернозёмов.

Таблица 1 . Запасы гумуса в пахотном горизонте почв

Преобладающая часть азота в почве входит в состав различных гумусовых веществ. Аминокислоты, играющие важную роль в биохимии гумусообразования, находятся в почве, как в свободном, так и в связанном состоянии. Исследования по изучению влияния эрозионных процессов на количество связанных аминокислот в разных почвах встречаются редко [1], а по почвам Окско-Донской равнины подобные исследования не проводились. Проведенные исследования показывают, что количество связанных аминокислот в пахотном горизонте не-эродированных почв колеблется от 5903 до 8113 мг/кг (табл. 2). В эродированных почвах содержание аминокислот заметно снижается, особенно резко в сильноэродированных – на 38-61%. Наибольшее снижение отмечается в тех почвах, где вниз по профилю уменьшается количество гумуса и азота.

Таблица 2 . Состав и количество связанных аминокислот в пахотном слое чернозема обыкновенного, мг/кг почвы

Аминокислоты

Примечание (здесь и далее): почвы: 1 - неэродированная, 2 - слабоэродированная, 3 - среднеэродиро-ванная, 4 – сильноэродированная

Проявляется прямая зависимость между распределением гумуса и азота по профилю почв и количеством связанных аминокислот, поэтому эрозионные процессы оказывают существенное влияние на количество связанных аминокислот в пахотном слое. Смыв наиболее гумусированной верхней части профиля приводит к значительной потере, как гумуса, так и аминокислот. Четко проявляется зависимость между содержанием валового азота почвы и азотом связанных аминокислот: с увеличением содержания общего азота увеличивается количество азота аминокислот. Процентное содержание азота аминокислот от общего в неэродированных и эродированных почвах колеблется в небольших пределах. Так, в неэродированных почвах азот аминокислот составляет 23-33% от валового, а в слабоэродиро-ванных – 20-29%, среднеэродированных – 2234% и сильноэродированных –21-34%. Во всех почвах с увеличением степени эродированности увеличиваются потери аминокислот. В слабо-эродированных почвах потери могут доходить до 31%, в среднеэродированных они больше – 23-48%. Очень большие потери азота аминокислот (от 37% до 60%) обнаружены в сильноэро-дированных почвах, из них наибольшие в выщелоченной почве – 51-60%.

При проведении микробиологических исследований установлено, что численность микроорганизмов имеет устойчивую тенденцию к уменьшению по мере увеличения степени эро-дированности чернозёма обыкновенного. Реперные участки с ненарушенным почвенным профилем характеризуются максимальной численностью бактерий, утилизирующих органический азот. В слабоэродированных почвах их численность несколько ниже – около 26 млн./г почвы, а в средне- и сильноэродированных этот показатель составляет порядка 18 млн./г почвы. Численность амилолитических бактерий в течение всего периода исследований превышала численность аммонификаторов. Коэффициент минерализации увеличивается с 0,7 до 1,3 с возрастанием степени эродированности (табл. 3). Вследствие распашки возрастают интенсивность аэрации и потери почвами влаги, которые вызывают угнетение данной группы микроорганизмов. Выявлена высокая чувствительность почвенных ферментов к изменениям факторов внешней среды. Она проявляется в снижении активности ферментов в пашне из-за эродированности почвы. Снижение каталазы составляет 3,7 мл, а уреазы 1,8 мг по сравнению с неэродированной почвой.

Таблица 3. Показатели биологической активности чернозёма обыкновенного

Выводы: наибольшее количество связанных аминокислот отмечается в тех почвах, где складываются благоприятные условия для их ^1. биохимического синтеза. Установлено, что такими свойствами обладают чернозёмы обыкновенные, и не случайно они отличаются плодоро-   ^.

дием, обеспечивающим высокие урожаи. Общая численность микроорганизмов и биохимическая _3. активность почв снижаются по мере увеличения эродированности чернозёма обыкновенного. Па-   4.

раллельно возрастают доля бактерий, использующих минеральный азот, и значения коэффициентов минерализации, что свидетельствует об усилении процессов деструкции органического вещества почв, подверженных эрозии.