Влияние водной эрозии на структуру и содержание лабильных гумусовых веществ в структурно-агрегатных фракциях черноземов выщелоченных Центрально-Черноземного региона
- Авторы: Васенев И.И.1, Горбунова Н.С.2, Громовик А.И.2, Девятова Т.А.2
-
Учреждения:
- РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева
- Воронежский государственный университет
- Выпуск: Том 17, № 3 (2022)
- Страницы: 315-330
- Раздел: Почвоведение и агрохимия
- URL: https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/19800
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2022-17-3-315-330
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследованы структурно-агрегатный состав черноземов выщелоченных (Voronic Chernozems Pachic по WRB-2014), распределение в структурно-агрегатных фракциях углерода органических соединений Сорг и лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) в условиях склонового типа местности при развитии эрозии. Работы проводились в северной части Воронежской области на катене, которая включала в себя участок водораздела, плавно переходящий в склон юго-западной экспозиции длинной около 1500 м и крутизной 5º. Исследованы почвы следующих участков катены: 1) водораздельная часть; 2) верхняя часть склона; 3) средняя часть склона. Показано, что в эродированных черноземах происходит деградация структурно-агрегатного состояния, сопровождающаяся ухудшением микроструктурности, снижением количества мезоагрегатов и коэффициента структурности, а также утратой водопрочной структуры. Показано, что ЛГВ играют существенную роль в сохранении водопрочной структуры черноземов. Наиболее весомый вклад в содержание Сорг вносят мезоагрегаты размером 5-1 мм, которые активно утрачиваются при развитии эрозии.
Полный текст
Введение
Черноземы во всем мире признаны почвенным эталоном, это ценнейшие в сельскохозяйственном отношении почвы и главное национальное достояние России. Вовлечение черноземов в сельскохозяйственное производство приводит к неизбежной трансформации их состава и свойств. При несоблюдении оптимальных и научно обоснованных агротехнических приемов, особенно в условиях склонового типа местности, наряду с агрогенной деградацией могут возникать эрозионно-дефляционные явления, которые наносят огромный ущерб как черноземам, так и сельскому хозяйству в целом [1—4]. Поэтому поиск инновационных подходов к выявлению, предотвращению и восстановлению эродированных почв является актуальным [5—7]. Деградированные земли в Центральном федеральном округе (ЦФО) занимают около 165,7 тыс. га [8]. Из них на долю эродированных (в той или иной степени) почв приходится около 30 % сельскохозяйственных угодий [9]. Как следствие вопрос противоэрозионной защиты почв является актуальным.
Деградация черноземов (в результате эрозионных процессов) в значительной степени обусловлена потерей органического вещества и ухудшением структурного состояния почв. Наиболее быстро утрата водопрочной почвенной структуры происходит на фоне снижения содержания органического вещества. В настоящее время вопрос о взаимосвязи структурного состояния почв с органическим веществом остается дискуссионным.
По мнению зарубежных исследователей, основная часть органического углерода Сорг сосредоточена в макроагрегатах [10, 11]. Отсюда вполне очевидно, что агрегаторазрушающее действие является ведущей причиной потерь Сорг в результате сельскохозяйственного использования почв и особенно при развитии эрозионных процессов. При сокращении доли крупных структурно-агрегатных отдельностей в распахиваемых почвах происходит их обеднение потенциально-минерализуемыми формами гумусовых веществ. Следует подчеркнуть, что образование крупных агрегатов является необходимым условием секвестрации углерода в почвах [12]. С увеличением размеров водопрочных агрегатов в них возрастает содержание Сорг [13, 14]. Потери Сорг почвой больше связаны с разрушением макроагрегатов, нежели микроагрегатов [15]. В процессе деградации почвенной структуры макроагрегаты распадаются на микроагрегаты, а последние в свою очередь диспергируются до элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) [16].
На агрегатном уровне структурной организации почв их свойство сохранять водопрочную структуру обусловлено гумусовыми веществами, обладающими амфифильными характеристиками [17]. При взаимодействии глинистых ЭПЧ, соединенных между собой силами гидрофобного связывания, из амфифильных гумусовых веществ формируются водоустойчивые почвенные агрегаты [10, 16, 18, 19]. Преимущественно гидрофобными свойствами обладает свежеообразованное органическое вещество, представленное лабильными гумусовыми веществами. Бóльшая доля новообразованных лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) содержится в макроагрегатах почвы, нежели чем в микроагрегатах [20]. В связи с этим уровень содержания ЛГВ в определенной степени обусловливает формирование водопрочных почвенных агрегатов и способность их противостоять водному и механическому агрегаторазрушающим действиям.
Цель исследования — оценить степень изменения структурно-агрегатного состава черноземов выщелоченных и содержания в структурных фракциях Сорг и ЛГВ в условиях склонового типа местности Центрально-Черноземного региона (ЦЧР) при развитии эрозионных процессов, а также оценить роль ЛГВ в сохранении водопрочной почвенной структуры.
Материалы и методы исследования
Исследования проводились на территории Воронежской области (N 51,9997º, E 39,2812º). Почвенные разрезы закладывались на катене, представленной водораздельным участком, постепенно переходящим в склон юго-западной экспозиции длинной около 1500 м и крутизной 5º. Почвенные разрезы закладывались в пятикратной повторности на трех участках: 1) водораздел; 2) верхняя часть склона; 3) средняя часть склона. Классификационную принадлежность почв определяли по классификации почв СССР (1977) [21] и WRB (2014) [22].
Объектами исследований послужили черноземы выщелоченные (Voronic Chernozems Pachic по WRB-2014): на первом участке представлены черноземы выщелоченные малогумусные среднемощные среднесуглинистые; на втором — черноземы выщелоченные малогумусные среднесуглинистые слабосмытые; на третьем — ч ерноземы выщелоченные слабогумусированные среднесуглинистые среднесмытые. В качестве почвообразующих пород выступают покровные карбонатные суглинки, подстилаемые отложениями древнего аллювия.
Из разрезов отбирались образцы почв через каждые 10 см до глубины 120…130 см. В отобранных образцах с целью общей характеристики почв по общепринятым методам [23] определялись следующие химические и физико-химические показатели: Cорг методом Тюрина в модификации Симакова; гумус расчетным методом с использованием коэффициента 1,724; рН водной суспензии рНводн потенциометрически; обменные Ca2+ и Mg2+ комплексонометрическим методом в некарбонатных образцах и методом Тюрина в карбонатных образцах; гидролитическая кислотность НГ методом Каппена; степень насыщенности почв обменными основаниями V расчетным методом.
Физические свойства определялись по [24] в почвенных образцах, отобранных с глубин 0—10 и 20—30 см: гранулометрический состав пипет-методом Н.А. Качинского; микроагрегатный состав по Н.А. Качинскому; структурно-агрегатный состав (в образцах ненарушенного сложения) методом Н.И. Саввинова (сухое и мокрое просеивание). Расчетным методом [24] определяли фактор дисперсности (по Н.А. Качинскому), фактор структурности (по А.Ф. Вадюниной), коэффициент структурности Кстр и критерий водопрочности АФИ. В структурно-агрегатных фракциях (более 10, 10—5, 5—1, 1—0,25 и менее 0,25 мм), полученных сухим просеиванием, определяли содержание Сорг и углерод лабильных гумусовых веществ СЛГВ. ЛГВ извлекали из почвы 0,1 М Na2P2O7 (при рН 7,0) c последующим определением СЛГВ в пирофосфатной вытяжке методом Тюрина [23]. Полученные аналитические данные обрабатывались статистически с использованием программы Microsoft Excel 2010.
Результаты исследования и обсуждение
Черноземы выщелоченные смытые отличаются неблагоприятными морфологическими признаками по отношению к несмытым разновидностям, что прежде всего проявляется укорачиванием гумусовой толщи. Наибольшее сокращение мощности (на 40 см) гумусового профиля (А+АВ) отмечено в среднесмытых почвах. В смытых разновидностях отмечается подтягивание к поверхности карбонатных горизонтов и ухудшение структурно-агрегатного состояния. В пахотном горизонте (АР) имеются глыбистые отдельности, и он обогащен пылеватой фракцией, а горизонт А характеризуется зернисто-комковатой структурой. Исследуемые черноземы по гранулометрическому составу среднесуглинистые, однако в их профиле отмечается наличие песчаной фракции. Явление обусловлено особенностями подстилающих пород, которые имеют флювиогляциальное происхождение. Поэтому структурные отдельности в профиле исследуемых почв непрочные, за исключением горизонта Вt. В иллювиальном горизонте структурные отдельности более плотные за счет накопления коллоидных фракций, о чем свидетельствуют коллоидные налеты по граням структурных отдельностей.
Развитие эрозии способствовало снижению содержания гумуса в почвах на 13 и 30 % в слабо- и среднесмытых разновидностях соответственно (табл. 1). Среди физико-химических особенностей следует отметить, что величины актуальной и гидролитической кислотности не имеют существенных различий в исследуемых почвах. Исключением являются среднесмытые разновидности, в которых в результате смыва карбонаты залегают ближе к дневной поверхности, в результате чего происходит повышение рНводн к нейтральным значениям и более низкие значения гидролитической кислотности.
Таблица 1. Химические и физико-химические свойства черноземов выщелоченных в условиях склонового типа местности (среднее значение ± ошибка среднего арифметического, при n = 5)
Глубина, см | Сорг | Гумус | рНводн | Обменные катионы, смоль(экв)/кг почвы | ||
% | Н+ | Са2+ | Mg2+ | |||
Черноземы выщелоченные малогумусные среднемощные среднесуглинистые | ||||||
0—10 | 2,99±0,09 | 5,16±0,17 | 6,5±0,14 | 2,1±0,12 | 24,1±0,90 | 5,3±0,12 |
20—30 | 2,43±0,07 | 4,19±0,11 | 6,9±0,09 | 3,8±0,08 | 24,7±0,61 | 5,0±0,11 |
40—50 | 1,66±0,08 | 2,86±0,11 | 7,1±0,12 | 1,1±0,10 | 20,4±0,91 | 4,3±0,11 |
60—70 | 1,23±0,04 | 2,12±0,10 | 7,2±0,10 | 0,8±0,05 | 19,4±0,74 | 4,3±0,09 |
80—90 | 0,73±0,03 | 1,25±0,09 | 7,5±0,11 | — | 18,5±0,93 | 4,0±0,13 |
100—100 | 0,60±0,03 | 1,04±0,05 | 7,9±0,08 | — | 18,0±0,65 | 3,8±0,09 |
120—130 | 0,35±0,03 | 0,60±0,04 | 8,0±0,09 | — | 17,8±0,95 | 3,5±0,12 |
Черноземы выщелоченные малогумусные среднесуглинистые слабосмытые | ||||||
0—10 | 2,60±0,08 | 4,49±0,15 | 6,5±0,11 | 2,3±0,10 | 23,7±1,10 | 5,1±0,11 |
20—30 | 1,74±0,07 | 3,00±0,13 | 6,8±0,10 | 1,3±0,09 | 21,3±0,10 | 4,5±0,08 |
40—50 | 0,96±0,06 | 1,66±0,08 | 7,1±0,09 | 1,0±0,10 | 19,1±0,99 | 4,0±0,09 |
60—70 | 0,77±0,06 | 1,32±0,07 | 7,4±0,07 | — | 18,6±0,52 | 3,9±0,08 |
80—90 | 0,58±0,04 | 1,00±0,03 | 7,9±0,10 | — | 18,0±0,84 | 3,8±0,09 |
100—100 | 0,43±0,03 | 0,74±0,02 | 8,0±0,05 | — | 17,6±0,63 | 3,7±0,06 |
120—130 | 0,30±0,02 | 0,51±0,03 | 8,1±0,06 | — | 17,3±0,89 | 3,6±0,08 |
Черноземы выщелоченные слабогумусированные среднесуглинистые среднесмытые | ||||||
0—10 | 2,12±0,08 | 3,66±0,18 | 6,9±0,13 | 1,8±0,09 | 22,3±0,98 | 4,8±0,11 |
20—30 | 1,42±0,06 | 2,44±0,11 | 7,4±0,09 | — | 20,4±0,71 | 4,3±0,09 |
40—50 | 0,81±0,05 | 1,40±0,10 | 7,6±0,11 | — | 18,7±1,01 | 3,9±0,10 |
60—70 | 0,67±0,05 | 1,15±0,08 | 7,8±0,09 | — | 18,3±0,78 | 3,8±0,07 |
80—90 | 0,53±0,03 | 0,92±0,05 | 7,9±0,08 | — | 17,9±0,96 | 3,7±0,10 |
100—100 | 0,36±0,01 | 0,62±0,04 | 8,2±0,08 | — | 17,4±0,83 | 3,6±0,07 |
120—130 | 0,19±0,01 | 0,32±0,03 | 8,2±0,09 | — | 16,9±0,89 | 3,5±0,09 |
Table 1. Chemical and physicochemical properties of leached chernozems in conditions of a slope type of terrain (mean value ± error of the arithmetic mean, for n = 5)
Depth, cm | Сorg | Humus | рНwat. | Exchangeable cations, cmol (eq)/kg soil | ||
% | Н+ | Са2+ | Mg2+ | |||
Leached chernozems low-humus medium-thick medium-loamy | ||||||
0—10 | 2.99±0.09 | 5.16±0.17 | 6.5±0.14 | 2.1±0.12 | 24.1±0.90 | 5.3±0.12 |
20—30 | 2.43±0.07 | 4.19±0.11 | 6.9±0.09 | 3.8±0.08 | 24.7±0.61 | 5.0±0.11 |
40—50 | 1.66±0.08 | 2.86±0.11 | 7.1±0.12 | 1.1±0.10 | 20.4±0.91 | 4.3±0.11 |
60—70 | 1.23±0.04 | 2.12±0.10 | 7.2±0.10 | 0.8±0.05 | 19.4±0.74 | 4.3±0.09 |
80—90 | 0.73±0.03 | 1.25±0.09 | 7.5±0.11 | — | 18.5±0.93 | 4.0±0.13 |
100—100 | 0.60±0.03 | 1.04±0.05 | 7.9±0.08 | — | 18.0±0.65 | 3.8±0.09 |
120—130 | 0.35±0.03 | 0.60±0.04 | 8.0±0.09 | — | 17.8±0.95 | 3.5±0.12 |
Leached chernozems low-humus medium loamy weakly washed away | ||||||
0—10 | 2.60±0.08 | 4.49±0.15 | 6.5±0.11 | 2.3±0.10 | 23.7±1.10 | 5.1±0.11 |
20—30 | 1.74±0.07 | 3.00±0.13 | 6.8±0.10 | 1.3±0.09 | 21.3±0.10 | 4.5±0.08 |
40—50 | 0.96±0.06 | 1.66±0.08 | 7.1±0.09 | 1.0±0.10 | 19.1±0.99 | 4.0±0.09 |
60—70 | 0.77±0.06 | 1.32±0.07 | 7.4±0.07 | — | 18.6±0.52 | 3.9±0.08 |
80—90 | 0.58±0.04 | 1.00±0.03 | 7.9±0.10 | — | 18.0±0.84 | 3.8±0.09 |
100—100 | 0.43±0.03 | 0.74±0.02 | 8.0±0.05 | — | 17.6±0.63 | 3.7±0.06 |
120—130 | 0.30±0.02 | 0.51±0.03 | 8.1±0.06 | — | 17.3±0.89 | 3.6±0.08 |
Leached chernozems slightly humus medium loamy medium washed away | ||||||
0—10 | 2.12±0.08 | 3.66±0.18 | 6.9±0.13 | 1.8±0.09 | 22.3±0.98 | 4.8±0.11 |
20—30 | 1.42±0.06 | 2.44±0.11 | 7.4±0.09 | — | 20.4±0.71 | 4.3±0.09 |
40—50 | 0.81±0.05 | 1.40±0.10 | 7.6±0.11 | — | 18.7±1.01 | 3.9±0.10 |
60—70 | 0.67±0.05 | 1.15±0.08 | 7.8±0.09 | — | 18.3±0.78 | 3.8±0.07 |
80—90 | 0.53±0.03 | 0.92±0.05 | 7.9±0.08 | — | 17.9±0.96 | 3.7±0.10 |
100—100 | 0.36±0.01 | 0.62±0.04 | 8.2±0.08 | — | 17.4±0.83 | 3.6±0.07 |
120—130 | 0.19±0.01 | 0.32±0.03 | 8.2±0.09 | — | 16.9±0.89 | 3.5±0.09 |
Содержание обменных катионов (Са2+ и Mg2+) тесно взаимосвязано с профильным распределением гумуса. Поэтому аналогично гумусу в черноземах подверженных эрозии количество обменных катионов (Са2+ и Mg2+) меньше, чем у несмытых аналогов. Все почвы достаточно хорошо насыщенны обменными основаниями.
По гранулометрическому составу почвы среднесуглинистые с преобладанием фракции среднего песка (ЭПЧ 1—0,25 мм). В черноземах катены выявлены различия в распределении гранулометрических фракций, несмотря на сходства их гранулометрического состава. В черноземах водораздела в гранулометрическом составе преобладающими является фракции крупного и среднего песка (27,7 %), а сопутствующими фракциями являются средне- и мелкопылеватая, на долю которых приходится соответственно 9,2 и 13,2 % (табл. 2).
Таблица 2. Гранулометрический (числитель) и микроагрегатный (знаменатель) составы, факторы дисперсности и структурности черноземов выщелоченных в условиях склонового типа местности (n = 5)
Table 2. Granulometric (above the line) and micro-aggregate (below the line) composition, factors of dispersion and structure of chernozems leached in conditions of a slope type of terrain (n = 5)
В эродированных почвах также преобладают фракции крупного и среднего песка, на долю которых приходится от 43,3 до 43,8 % в слабосмытых и от 40,9 до 41,0 % — в среднесмытых разновидностях. На втором месте в качестве сопутствующей фракции выступает илистая фракция (ЭПЧ < 0,001 мм), количество которой в слабосмытых почвах составляет 18,2…19,7 %, а в среднесмытых — 21,4…1,5 %. Обогащенность песчаными фракциями и в целом среднесуглинистый гранулометрический состав почв связаны с тем, что в качестве подстилающих пород для покровных карбонатных суглинков выступают древнеаллювиальные песчаные отложения.
Почва водораздельного участка на основании выхода илистых частиц при микроагрегатном анализе обладает хорошей микрооструктуренностью. В них фактор дисперсности составляет 28 %. В эродированных черноземах, особенно среднесмытых, выход илистой фракции при микроагрегатном анализе увеличивается до 42…48 %, соответственно эти почвы теряют микроструктуру.
Наилучшими показателями структурного состояния характеризуется чернозем выщелоченный на водоразделе, где он составляет 50 %. Эродированные черноземы отличаются более низким фактором структурности, т. е. они в меньшей степени имеют возможность к оструктуриванию. От слабосмытых к среднесмытым разновидностям фактор структурности уменьшается от 37 до 34 % в слое почвы 0—10 см и от 39 до 36 % — в слое 20—30 см.
Нашими исследованиями установлено, что все рассматриваемые почвы отличаются невысоким фактором структурности в виду их облегченного гранулометрического состава. Однако эродированные черноземы практически утратили потенциальную способность к оструктуриванию, так как значения фактора структурности в них низкие. Поскольку в результате эрозии эти почвы теряют наиболее активные (в клеющем отношении) ЭПЧ размером менее 0,005 мм, поэтому чем больше степень смыва, тем хуже почва потенциально способна к оструктуриванию.
Лучший структурно-агрегатный состав имеют черноземы, расположенные на водораздельном участке. Здесь оструктуренность оценивается как хорошая, так как выход мезоагрегатных фракций в слоях 0—10 и 20—30 см составляет соответственно 65 и 60 % (табл. 3). При этом коэффициенты структурности в вышеуказанных слоях самые высокие и составляют соответственно 1,82 и 1,50. Доминирующей структурно-агрегатной фракцией в структурном составе являются агрегаты размером 5—1 мм. На их долю приходится 34,4…45,5 %. Почва водораздела отличается высокой водопрочностью агрегатов (450…466 %), рассчитанной по Кузнецовой. Здесь доля агрегатов размером более 0,25 мм, определенная в результате мокрого просеивания, изменяется от 67 % в слое 0—10 см до 75 % в слое 20—30 см.
Развитие эрозионных процессов на склоновых почвах способствует ухудшению всего комплекса физических свойств. В пахотном горизонте АР эродированных черноземов на макроструктурном уровне возрастает доля глыбистой фракции, количество которой в слабосмытых разновидностях составляет 54,2 %, а в среднесмытых — 58,0 %. Кроме того, при средней степени смытости отмечается возрастание доли пылеватой фракции (до 12 %) в структурно-агрегатном составе. При увеличении степени эродированности черноземы теряют значительное количество мезоагрегатов (агрономически ценных) по сравнению с несмытым аналогом. Так, в слое 0—10 см количество мезоагрегатов в слабосмытых и среднесмытых разновидностях снижается соответственно до 39 и 30 %. Кстр в смытых черноземах в слое 0—10 см оценивается как неудовлетворительный. В слабосмытых и среднесмытых разновидностях этот показатель составляет соответственно 0,64 и 0,43. В нижележащем слое Кстр оценивается как удовлетворительный и составляет 1,29 в слабосмытых и 0,98 — среднесмытых почвах.
Таблица 3. Структурно-агрегатный состав (сухое просеивание — числитель, мокрое —знаменатель) черноземов выщелоченных в условиях склонового типа местности (n = 5)
Table 3. Structural and aggregate composition (dry sieving — above the line, wet — b elow the line) leached chernozems in conditions of a slope type of terrain (n = 5)
В слабосмытых черноземах ухудшаются показатели водоустойчивости почвенных агрегатов. Так их количество снижается до 44 % в слое 0—10 см и до 55 % в слое 20—30 см. По сравнению с черноземом, расположенным на водораздельном участке, в эродированных разновидностях существенно снижается показатель АФИ, который в слабосмытых почвах равен 364…389 % и 258…313 % — в среднесмытых.
Таким образом, эрозионные процессы способствуют деградации структурно-агрегатного состава черноземов. Основным признаком деградации уровней структурной организации рассматриваемых почв является снижение коэффициента структурности за счет увеличения в структурно-агрегатном составе макро- и микроагрегатов, а также уменьшение количества водоустойчивых почвенных агрегатов, что делает эти почвы более уязвимыми к эрозии.
Максимальное количество Сорг (3,18 %) отмечено в структурно-агрегатных фракциях размером 5—1 мм в почве водораздельного участка (рис., А). В слабо- и среднесмытых черноземах количество Сорг в этой фракции было меньше почвы водораздельного участка и составляло соответственно 2,70 и 2,30 %. Минимальное содержание Сорг наблюдалось в структурно-агрегатных фракциях размером более 10 и менее 0,25 мм. Статистическая обработка данных (при Р = 0,95) не показала достоверных различий в содержании Сорг в макро- (>10 мм) и микроагрегатах (<0,25 мм).
По данным структурно-агрегатного анализа и содержанию в структурно-агрегатных фракциях Сорг рассчитывался вклад всех отдельностей в общий органический углерод почвы — путем вычисления процента распределения Сорг для каждой структурно-агрегатной фракции от общего содержания Сорг в смешанном образце почвы (рис., Б). В результате чего были установлены различия по вкладу в общее органическое вещество углерода структурно-агрегатных фракций при развитии эрозии на черноземах. В почве водораздельного участка наибольший вклад (40 %) в общий углерод почвы вносят фракции 5—1 мм. На втором мете стоят макроагрегаты (>10 мм) — 30 %, а меньше всего приходится на фракции 1—0,25 и <0,25 мм. В черноземах слабо- и среднесмытых на первом месте по доле вклада в общий органический углерод находятся макроагрегаты (54 и 61 % соответственно). В слабосмытых почвах микроагрегаты в меньшей степени (7 %) принимают участие в общем органическом углероде почвы, а в среднесмытых — ф ракция 10—5 мм (5 %).
Как уже отмечалось нами ранее, содержание в почвах ЛГВ обусловливает формирование водопрочных почвенных агрегатов и способность их противостоять водному и механическому агрегаторазрушающим действиям.
Наибольшая обогащенность структурно-агрегатных фракций углеродом лабильных гумусовых веществ отмечалась в почвах водораздельного участка, а наименьшая — в среднесмытых черноземах выщелоченных (рис., В, Г). Распределение СЛГВ по структурно-агрегатным фракциям не одинаково. На черноземах водораздельного участка максимальное содержание СЛГВ отмечалось во фракции мезоагрегатов размером 5—1 мм и составляло 0,24 % (7,5 % от Сорг). По мере увеличения или уменьшения размерности фракций содержание СЛГВ снижалось, так в макро- и микроагрегатах его количество составляло 0,14 % (соответственно 5,1 и 4,7 % от Сорг).
Распределение Сорг и СЛГВ в структурно-агрегатных фракциях черноземов выщелоченных в условиях склонового типа местности: 1 — водораздел; 2 — верхняя часть склона; 3 — нижняя часть склона
Distribution of Corg and CLHS in the structural-aggregate fractions of chernozems leached in the conditions of the slope type of terrain: 1 — watershed; 2 — the upper part of the slope; 3 — the lower part of the slope
В слабосмытых разновидностях черноземов максимальное содержание СЛГВ отмечалось во фракции 5—1 мм и составляло 0,16 % (5,9 % от Сорг). Остальные структурно-агрегатные фракции не имели статистически достоверных различий (при Р = 0,95) по содержанию в них СЛГВ, количество которого составляет 0,11…0,12 % (4,0…4,9 % от Сорг).
Распределение СЛГВ в среднесмытых разновидностях черноземов по структурно-агрегатным фракциям не имеет статистически достоверных различий (при Р = 0,95). Оно изменяется в пределах от 0,10 до 0,12 % (4,6…5,4 % от Сорг).
В результате исследований была установлена тесная корреляционная зависимость (R 2 = 0,81) между содержанием ЛГВ и количеством мезоагрегатов почвы. Чем больше в почвах содержится ЛГВ, тем лучшим коэффициентом структурности и критерием водопрочности агрегатов они характеризуются. Так в почвах водораздельного участка водопрочные структурно-агрегатные отдельности сформированы в условиях большего содержания Сорг и СЛГВ в составе агрегатов. В смытых разновидностях на фоне снижения содержания Сорг и низкой обогащенности структурно-агрегатных фракций ЛГВ утрачивается водопрочная структура и ухудшаются показатели структурно-агрегатного состояния.
Заключение
Развитие эрозионных процессов на черноземах выщелоченных сопрвождается деградацией их структурно-агрегатного состояния. Наиболее весомый вклад в содержание Сорг вносят мезоагрегаты размером 5—1 мм, которые активно утрачиваются при развитии эрозии. От степени смытости зависит потенциальная возможность черноземов к оструктуриванию. Микрооструктуренность смытых в разной степени почв ухудшается от слабосмытых к сильносмытым разновидностям, где фактор дисперсности в пахотном горизонте увеличивается практически в два раза по сравнению с черноземами водораздела. По мере усиления степени смытости черноземов происходит снижение количества агрономически ценных мезоагрегатов на 29…61 %, что соответственно приводит к уменьшению коэффициента структурности до 0,27…0,63. Ухудшаются водоустойчивость почвенных агрегатов и критерий их водопрочности. От обогащенности почв ЛГВ зависят коэффициент структурности и критерий водопрочности агрегатов. На фоне снижения содержания Сорг и низкой обогащенности структурно-агрегатных фракций ЛГВ в эродированных черноземах отмечаются утрата водопрочной структуры и в целом ухудшение показателей структурно-агрегатного состояния. Следовательно, ЛГВ осуществляет весомый вклад в образование водопрочной структуры черноземов.
Об авторах
Иван Иванович Васенев
РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева
Автор, ответственный за переписку.
Email: vasenev@rgau-msha.ru
ORCID iD: 0000-0001-9127-9569
доктор биологических наук профессор, заведующий кафедрой экологии
Российская Федерация, 127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49Надежда Сергеевна Горбунова
Воронежский государственный университет
Email: vilian@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-7986-8106
кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и земельных ресурсов
Российская Федерация, 394018, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1Аркадий Игоревич Громовик
Воронежский государственный университет
Email: agrom.ps@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2340-6404
кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и земельных ресурсов
Российская Федерация, 394018, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1Татьяна Анатольевна Девятова
Воронежский государственный университет
Email: devyatova.eco@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4756-9005
доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой экологии и земельных ресурсов
Российская Федерация, 394018, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1Список литературы
- Гусаров А.В., Голосов В.Н., Шарифуллин А.Г., Гуфаров А.М. Современный тренд эрозии пахотных черноземов южных на западе Оренбургской области // Почвоведение. 2018. № 5. С. 601-616. doi: 10.1134/S1064229318050046
- Плотникова О.О., Демидов В.В., Лебедева М.П. Действие мелководных потоков на поверхностные горизонты чернозема типичного различной степени смытости // Бюллетень почвенного института им. В.В. Докучаева. 2018. № 91. С. 85-109. doi: 10.19047/0136-1694-2018-91-85-109
- Солдат И.Е. Снижение негативного влияния эрозии почв в Белгородской области внедрением адаптивно-ландшафтной системы земледелия // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2020. Т. 15. № 2. С. 182-190. doi: 10.22363/2312-797X-2020-15-2-182-190
- Шпедт А.А., Трубников Ю.Н., Жаринова Н.Ю. Агрогенная деградация почв и почвенного покрова Красноярской лесостепи // Почвоведение. 2017. № 10. С. 1253-1261. doi: 10.1134/S106422931710012X
- Зайдельман Ф.Р. Защита почв от деградации // Вестник Российской академии наук. 2008. Т. 78. № 8. С. 693-703.
- Когут Б.М. Оценка уровней эродированности черноземов по относительной степени их гумусированности // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2015. Вып. 78. С. 59-69.
- Молчанов Э.Н., Савин И.Ю., Яковлев А.С., Булгаков Д.С., Макаров О.А. Отечественные подходы к оценке степени деградации почв и земель // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1394-1406. doi: 10.1134/S1064229315110113
- Государственный (национальный) доклад о состоянии и использовании земель в Российской федерации в 2017 году. М., 2018. 197 с.
- Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв. М.: МГУ, КолосС, 2004. 352 с.
- Jastrow J.D., Miller R.M., Boutton T.W. Carbon dynamics of aggregate-associated organic matter estimated by carbon-13 natural abundance // Soil Sci. Soc. Am. J. 1996. Vol. 60. P. 801-807. doi: 10.2136/sssaj1996.03615995006000030017x
- Six J., Paustian K., Elliott E.T., Combrink C. Soil structure and soil organic matter: I. Distribution of aggregate size classes and aggregate associated carbon // Soil Sci. Soc. Am. J. 2000. Vol. 64. P. 681-689. doi: 10.2136/sssaj2000.642681x
- Семёнов В.М., Иванникова Л.А., Семёнова Н.А., Ходжаева А.К., Удальцов С.Н. Минерализация органического вещества в разных по размеру агрегатных фракциях почвы // Почвоведение. 2010. № 2. С. 157-165. doi: 10.1134/S1064229310020031
- Когут Б.М., Сысуев С.А., Холодов В.А. Водопрочность и лабильные гумусовые вещества типичного чернозема при разном землепользовании // Почвоведение. 2012. № 5. С. 555-561.
- Семёнов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
- John B., Yamashita T., Ludwig B., Flessa H. Storage of organic carbon in aggregate and density fractions of silty soils under different types of land use // Geoderma. 2005. Vol. 128. P. 63-79. doi: 10.1016/j.geoderma.2004.12.013
- Oades J.M., Waters A.G. Aggregate hierarchy in soils // Australian J. Soil Res. 1991. Vol. 29. № 6. P. 815-828. doi: 10.1071/SR9910815
- Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009. 186 с.
- Милановский Е.Ю., Шеин Е.В. Функциональная роль амфифильных компонентов гумусовых веществ в процессах гумусо-структурообразования и в генезисе почв // Почвоведение. 2002. № 10. С. 1201-1213.
- Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Роль и значение органического вещества в образовании и устойчивости почвенных агрегатов // Почвоведение. 2003. № 1. С. 53-61.
- Jastrow J.D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral-associated organic matter // Soil Biol. and Biochem. 1996. Vol. 28. № 4-5. P. 656-676. doi: 10.1016/0038-0717(95)00159-X
- Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с.
- World reference base for soil resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO. Rome.
- Щеглов Д.И., Громовик А.И., Горбунова Н.С. Основы химического анализа почв. Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2019. 332 с.
- Шеин Е.В., Карпачевский Л.О. Теория и методы физики почв. М.: ГрифиК, 2007. 616 с.