частью почв (пример — гумус дерново-подзолистых почв).
Мюлль — формируется при высокой биологической активности в условиях нейтральной и щелочной реакции среды, имеет сильную связь с минеральной частью почвы (пример — гумус черноземов).
В условиях временного избыточного увлажнения выделяется анмоор (дерново-глеевые почвы), а при водозастойном типе водного режима — олиготрофный (верховые болота) и мезотрофный (низинные болота) торф.
Факторы и условия гумусообразования
Первая систематизация факторов, определяющих содержание, запасы и состав гумуса в почвах, была сделана В.В.Докучаевым в монографии “Русский чернозем”. При установлении границ черноземной зоны за мощность почвы принимал он мощность гумусового слоя. Сопоставление почв, имеющих разную мощность гумусового слоя, содержание и состав гумуса, позволило В.В.Докучаеву сформулировать учение о факторах почвообразования. В Дальнейшем факторы и условия гумусообразования были детально рассмотрены в работах ПА.Костычева, И.В.Тюрина, М.М.Кононовой, В.В.Пономаревой, Л.Н.Александровой, Л.А.Гришиной,
Иенни, С.Ваксмана, Ф.Дюшофура и др.
Ведущими факторами и условиями гумусообразования является: количество, состав и характер поступления в почву источ- ков гумуса, гидротермический режим, окислительно-восстано- ельные условия, биологическая активность, гранулометричес-
127
кий, минералогический, химический состав и физико-химические свойства почв.
Количество, состав и характер поступления источников гумуса. Количество ежегодного опада в различных природных зонах колеблется от нескольких центнеров на га в тундрах и пустынях до 10-15 т/га в луговых степях лесостепной зоны и до 25 и более т/га сухого вещества во влажных тропических лесах. В агроценозах количество послеуборочных остатков составляет 1-2 т/га под пропашными культурами, 2-3 т/га — под зерновыми, 5-8 т/га под многолетними травами. Чем больше поступает источников гумуса, тем больше образуется гумуса в почвах, при прочих равных условиях.
Ведущими показателями состава источников гумуса, с точки зрения влияния на гумусообразование, является содержание в них оснований, азота (отношение С : N) и легкоразлагаемых веществ. Накоплению гумуса способствуют повышенное содержание оснований и азота и легкоразлагаемых органических веществ (белков п других азотсодержащих компонентов). Повышенное содержание лигнина и целлюлозы снижает интенсивность гумификации.
Поступление источников гумуса непосредственно в почву, в отличие от поверхностного, улучшает условия взаимодействия продуктов гумификации с твердой фазой почв и снижает интенсивность их минерализации.
Гидротермические условия. Условия температуры и влажности определяют интенсивность и направленность биологических, биохимических процессов и скорость химических взаимодействий. Гумификацию сдерживают как избыточная влажность, так и недостаточная. Избыточная влажность в условиях водозастойного режима обусловливает консервацию органических веществ на различных стадиях разложения в виде перегнойных или торфяных горизонтов в полугидроморфных и гидроморфных почвах. Оптимальными являются контрастные условия увлажнения, когда влажные периоды чередуются с сухими. Во влажные периоды усиливаются процессы разложения и гумификации, а в сухие — происходит закрепление продуктов гумификации твердой фазой почвы.
Пониженные температуры ограничивают интенсивность процессов разложения и гумификации, повышенные — значительно усиливают минерализацию. Оптимальными являются умеренные температуры.
Физико-химические свойства и окислительно-восстановительные условия. Физико-химические свойства определяют реакцию среды и сорбционные свойства. Оптимальными для гумифИ' кации являются нейтральная и близкая к нейтральной реакция
12
8обусловленная повышенной концентрацией катионов среды, ^ магнИя. Такая реакция, в сочетании с оптимальными 1СаЛЬлительно-восстановительными условиями и гидротермичес- °кИС0ежимом, обусловливает умеренную биологическую актив- КИМ ь Близкая к нейтральной реакция среды оптимальна для процессов конденсации, образования устойчивых органо-минераль-
Цых соединений.
Биологическая активность. Пониженная биологическая ак- ность сдерживает процессы гумификации на начальной стат ___ детритификации, конечным продуктом которой является
детрит (грубый гумус).
Высокая биологическая активность резко усиливает процессы минерализации, в том числе новообразованных гумусовых веществ. Оптимальной является умеренная биологическая активность.
Гранулометрический состав. Гранулометрический состав оказывает влияние на гидротермические и окислительно-восстановительные условия, определяет общую и удельную поверхность и обусловливает прочность связи гумусовых кислот с минеральной частью почв. Чем тяжелее гранулометрический состав, тем благоприятнее условия для закрепления гумуса. Обычно, глинистые почвы накапливают в несколько раз больше гумуса по сравнению с песчаными и супесчаными.
Минералогический состав обусловливает физико-химические и сорбционные свойства почв. Накоплению гумуса способствуют вторичные тонкодисперсные минералы с высокими емкостью поглощения, общей и удельной поверхностью (монтмориллонит, вермикулит, хлорит и др.). Первичные минералы (грубодисперсные) обладают низкой удельной поверхностью, низкой поглотительной способностью и не способствуют накоплению гумуса в почвах.
Химический состав, наряду с минералогическим, обусловливает физико-химические свойства почв. Наличие карбонатов кальция и магния, а также повышенное содержание кальция и магния в составе первичных и вторичных минералов, способствует накоплению гумуса. Кальций и магний связывают гуминовые кислоты в труднорастворимые и недоступные микроорганизмам формы. Они оказывают влияние на биологическую активность и на прочность связывания гумусовых веществ твердой фазой почвы.
Многообразие факторов и условий гумусообразования на поВеРХности приводят к формированию почв с различными содержанием, запасами в профиле почв и составом гумусовых веществ. В агРоэкосистемах на природные факторы и условия накладываются антР°погенные факторы, которые будут рассмотрены ниже.
9
Концептуальная модель гумусообразования. Разработана в 80-х годах Н.Ф.Ганжарой. В основу концептуальной модели положены представления И.В.Тюрина, М.М.Кононовой, Ф.Дющ0- фура о географических факторах, условиях и закономерностях гумусообразования. Согласно этой концепции выделяются двс стадии гумификации: 1) образование гумусовых веществ при разложении источников гумуса — стадия детритификации и 2) взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью почвы и образование устойчивых органоминеральных соединений. Соответственно следует различать условия образования гумусовых веществ и условия закрепления образующегося гумуса. Последние оказывают решающее влияние на его накопление и состав. Предложенная модель включает схему функциональных связей гумусообразования (рис 14.2) и группировку условий образования и закрепления гуминовых кислот и гумуса в целом. Приоритет гуминовых кислот в данном вопросе обусловлен тем,
Блок условий образования, взаимодействия и трансформации органических веществ и органо-минеральных производных
Рис. 14.2 Схема функциональных связей гумусообразования (Ганжара Н.Ф., 1988)
вия, благоприятные для их накопления, как правило, что УсЛ° „ны для накопления гумуса в целом, что впервые Постановлено И.В.Тюриным.
П инципиальное отличие данной схемы функциональных
заключается в выделении отдельного блока источников гу- °вязеи деТрИТа. Для этого блока характерна первая стадия гумифи- М^°а — детритификация. Конечным продуктом в этом блоке яв- КаЦИся новообразованные гумусовые вещества с определенным лЯ1° ом, обусловленным условиями образования гумуса. В соста- соСдетрита содержится также весь спектр органических соедине- В% неспецифической природы, которые могут подвергаться про- Н ссам гумификации, минерализации, взаимодействия с минеральной частью и последующей трансформации.
Для образования гуминовых кислот в составе детрита оптимальными являются:
нейтральная или близкая к нейтральной реакция среды;
умеренная биологическая активность и длительный ее период;
насыщенность среды кальцием, магнием и азотом;
благоприятный биохимический состав источников гумуса (оптимальное отношение углерода к азоту, содержание легкоразлагаемых веществ).
Для прочного закрепления и накопления гуминовых кислот в почвах оптимальны следующие условия:
наличие свободной от гумуса поверхности минеральной части почв;
высокие сорбционные свойства (общая и удельная поверхность, степень дисперсности, минералогический состав
и др.);
насыщенность ППК кальцием и магнием (наличие их избытка для связывания гуминовых кислот);
контрастность режима влажности при непромывном и периодически промывном режиме;
отсутствие пептизаторов.
Согласно схеме функциональных связей все условия, влияющие на образование гуминовых кислот в составе детрита, оказывают влияние на условия закрепления гумуса и наоборот.
При сочетании оптимальных условий для образования и закрепления гуминовых кислот в процессе гумусообразования повышаются коэффициенты гумификации, что обусловливает накоп- ение гуминовых кислот и гумуса в целом. Резкое отклонение от тимальных любого из перечисленных факторов лимитирует на-
131
копление гуминовых кислот и гумуса. При отсутствии в почва* благоприятных условий для образования гуминовых кислот, ц0 наличии их для закрепления фульвокислот, может накапливаться фульватный гумус. Для закрепления фульвокислот в почвах нсоб. ходимо присутствие химически активных форм соединений железа в концентрациях, обеспечивающих их осаждение в условиях кислой реакции среды. Накопление фульвокислот происходит также во всех случаях совместно с накоплением гуминовых кис^ лот. В качестве примера почв с высоким накоплением фульватного гумуса можно привести гумусно-иллювиальные горизонты подзолистых почв, красноземы субтропиков и др.
Предложенная модель позволяет положительно описывать не только гумусовое состояние всех зональных климаксно-равновсс- ных почв и их отдельных горизонтов, но и его изменение, связанное с сельскохозяйственным использованием.
14.7.Особенности условий гумусообразования и состояния органического вещества пахотных почв
Все изменения условий гумусообразования, связанные с освоением почв под пашню, можно свести к общепланетарным, характерным для всех почвенных зон, и к местным, региональным, обусловленным особенностями использования и свойствами почв отдельных регионов.
К общепланетарным изменениям условий гумусообразования относятся следующие:
изменение количества и состава источников гумуса;
изменение водного режима;
постоянное отчуждение азота, углерода и зольных элементов с урожаем сельскохозяйственных культур;
действие минеральных удобрений.
К региональным изменениям условий гумусообразования относятся такие, которые связаны с особенностями зональных (региональных) систем земледелия: орошение, осушение, химические мелиорации, эрозионные потери гумуса и другие.
На преобладающих площадях пахотных почв основным ие- точником гумуса являются корневые и пожнивные (послеуборочные) остатки. Количество их определяется видом культуры и ее урожайностью.
п слеуборочные остатки зерновых культур составляют 2,0/ а пропашных 0,5-1,5 т/га, многолетних трав 4-8 т/га. В сред- 3?5 т/г^олеВЫХ севооборотах масса послеуборочных остатков со- неМ ° г 3-4 т/га. В последние годы появились материалы о при- сТавляс опаде растений в виде корневых волосков и корневых #изНС ний, которые, как правило, не учитываются. Недостаточно ВЫДС ний о биомассе микроорганизмов. По приближенным оцен- свеДона может составлять 1-3 т/га сухого вещества. И все же есте- каМ ный опад в целинных почвах существенно превышает коли- сТВ о послеуборочных остатков в пахотных почвах. В раститель- 46 х остатках культурных растений зольные элементы составляют 5 10% Отношение С : N в составе растительных остатков варьирует от 12-15 у бобовых культур до 30-50 у злаковых.
Органические удобрения — второй по значению (в количественном отношении) источник гумуса в пахотных почвах. В отличие от растительных остатков в навозе и торфяных компостах до 50% их массы составляют готовые гумусовые вещества. Органические удобрения, как правило, характеризуются узким отношением С : N (ниже 20-25). Оптимальная доза органических удобрений составляет 15-40 т/га в год (4-10 т/га сухого вещества) в зависимости от культуры. Однако фактически вносится значительно меньше.
Влияние обработок почвы на условия гумусообразования проявляется разносторонне. В результате механических обработок происходит равномерное распределение массы органических удобрений и послеуборочных остатков в пределах пахотного слоя, что положительно сказывается на гумификации: улучшается аэрация, возрастает скорость разложения как источников гумуса, так и самого гумуса. Снижение содержания гумуса и ухудшение структурного состояния почв — негативные последствия интенсивных обработок.
Влияние минеральных удобрений на гумусовое состояние почв может быть прямым и косвенным. Прямое проявляется в изменении условий гумификации (реакция среды, пептизация гумусовых веществ, воздействие на почвенную биоту и ферментативную активность); косвенное — через посредство растений. При внесении минеральных удобрений увеличивается урожай и количество послеуборочных остатков, что приводит к увеличению содержания гумуса. Однако очень высокие дозы минеральных удобрений могут приволнгь к угнетению почвенной биоты, ухудшению физических свойств почв и условий гумусообразования.
Отчуждение с урожаем сельскохозяйственных культур азота, ерода и зольных элементов вызывает некоторый сдвиг равно- сн°го состояния. В связи с этим невольно возникает вопрос о
133возможности достижения равновесного гумусового состояния ^ пахотных почвах.
Анализ результатов длительных опытов (рис 14.3) показыва. ет, что гумусовое состояние пахотных почв с постоянной в течение длительного времени (десятки лет) системой земледелия приближается к квази-равновесному. Источником азота для каждого последующего урожая, наряду с послеуборочными остатками, является несимбиотическая фиксация его свободноживущи^ ми микроорганизмами и атмосферные осадки.
Степень изменения гумусового состояния пахотных почв зависит от того, насколько сильно изменились условия гумусообра- зования. Как правило, при освоении целинных почв под пашню происходит снижение содержания гумуса из-за уменьшения количества источников гумуса и усиления минерализации. Наиболее резкое снижение происходит в первые 10-20 лет после распашки. В этот период минерализуются наименее устойчивые группы гумусовых веществ. В дальнейшем устанавливается новый, более низкий, уровень содержания гумуса, соответствующий новым условиям гумусообразования. При внесении органических удобрений содержание гумуса повышается до уровня соответствующего дозе внесения органических удобрений, при этом соответственно изменяются запасы и состав гумуса. Чем больше вносится органических удобрений, тем более высокий уровень стабилизации содержания и запасов гумуса устанавливается в почве. Таким же образом устанавливаются уровни стабилизации содержания, запасов и качественного состава гумуса при изменении других факторов и условий гумусообразования. На рис. 14.3 четко различаются уровни стабилизации содержания гумуса в почвах зарубежных длительных опытов; в вариантах 0 — без удобрений, NPK — минеральные удобрения, навоз — органические удобрения.
Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений
Роль органических веществ в почвообразовании очень многосторонняя. Значительная часть элементарных почвенных процессов (ЭПП) происходит с участием гумусовых веществ. К ним относятся биогенно-аккумулятивные, элювиальные, иллювиально-аккумулятивные, метаморфические и другие. Процессы взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв лс-
134Урожай (зерно + слома), средний за 10-15 лет  
|
Скачать 7.4 Mb.