7.3. Содержание, запасы и состав гумуса в почвах

В генезисе почв, в формировании их свойств большая роль принадлежит гумусу. И.В. Тюрин (412) писал: " ... едва ли будет преувеличением сказать, что в генезисе значительной части почв земного шара процессы, связанные прямо или косвенно с присутствием гумуса, играют не только значительную, но часто и решающую роль." М.М. Кононова (216; 217), В.В. Пономарева и Т.А. Плотникова (1980) отмечали, что наличие органического вещества в значительной степени определяет направление процессов почвообразования. М.И. Дергачева (159; 160) подчеркивает, что исследования гумуса как эволюционирующей, открытой, каталитической системы позволяет подойти к решению многих задач, связанных с гумусообразованием на уровне отдельных химических процессов, превращений и взаимосвязей компонентов гумуса в течение формирования и существования почв.


Уровнем гумусированности почвы в значительной мере определяется степень использования растениями минеральных удобрений (450; 241; 47; 349). А на почвах, загрязненных радионуклидами, от неё зависит и агроэкологическая функция минеральных удобрений - способность блокировать поступление в растения радиоцезия и радиостронция. По данным Е.В. Юдинцевой и И.В. Гулякина (153; 154), увеличение гумусированности почвы, особенно легкой, снижает интенсивность поступления радионуклидов в растения. Этот вывод подтвержден другими исследователями (335). Влияние гумуса на поведение радионуклидов в системе почва-растение объясняют не только повышением ёмкости катионного обмена, качественными изменениями в ППК, снижением почвенной кислотности, но также образованием комплексных (хелаты) и простых гетерополярных солей (48). Первые представляют собой соль органического вещества с поливалентным металлом, например, стронцием, в которой он закреплен по всем валентностям и пространственно находится внутри молекулы, так что его возможность вступления в реакции ионного обмена снижается. Поэтому хелаты находятся в подвижном состоянии и на легких почвах выщелачиваются (327). Радионуклиды, вошедшие в состав таких комплексных соединений, не могут усваиваться корнями (335). При высоких значениях рН хелаты металлов способны поступать и передвигаться в растениях (145).


Образование простых гетерополярных солей происходит при взаимодействии гумусовых кислот с ионами щелочных и некоторых щелочноземельных металлов. Из этих соединений ионы металла легко диссоциируют и обмениваются с другими катионами почвенного раствора. Фульваты, представляющие собой наиболее растворимую группу гумусовых веществ, способны образовывать с одновалентными катионами подвижные соединения, что существенно влияет на доступность радиоцезия растениям - повышает её по сравнению с почвами, в которых преобладают гуминовые кислоты (335). Значение отдельных фракций гуминовых и фульвокислот, а также негидролизуемого остатка гумуса в поведении радионуклидов в системе почва - растение ещё не выяснено. Хотя можно предположить, что те радионуклиды, которые связаны с фракциями ФК-1а, ГК-1 и ФК-1, наиболее подвижны в профиле почвы и доступны для растений. Радионуклиды, связанные с фракциями ГК-2 и ФК-2 относительно подвижны в профиле и доступны для растений, причем ФК-2 более чем ГК-2. Можно ожидать усиления этого при подкислении реакции почвенной среды. Те радиоактивные вещества, которые вступили во взаимодействие с фракциями ГК-3, ФК-3 и негидролизуемым остатком, по-видимому, меньше всего подвижны и доступны растениям.


В различных регионах при бонитировке (качественной оценке) почв установлена тесная корреляция между содержанием гумуса и уровнем почвенного плодородия. Чем больше гумуса, тем лучше физические, физико-механические и физико-химические свойства почвы, тем богаче она азотом, фосфором, серой, кальцием и микроэлементами.


Содержание гумуса в почве и его качество зависят от прохождения процессов гумификации (образование и накопление гумуса) и дегумификации (обеднение почв гумусом вследствие превышения его минерализации над образованием и накоплением). Значительно способны снижать содержание гумуса смывание, вымывание, выдувание поверхностного гумусового горизонта почв.
Для интенсивной гумификации необходимо достаточное количество исходного органического вещества для синтеза гумуса, реакция почвенной среды, близкая к нейтральной, наличие в почве подвижных ионов кальция, магния и различных почвенных организмов, среди которых главная роль принадлежит дождевым червям. Масса этих животных составляет 50-70 % всей биомассы почвы, а общее количество до интенсивной химизации варьировало от 500 тысяч до 20 миллионов особей на каждом гектаре. Поглощая вместе с минеральной частью почвы различные органические остатки и микроорганизмы, дождевые черви в пищеварительном тракте синтезируют гумусовые вещества. В сухом веществе копролитов - шариков, которые выбрасывают черви в процессе жизнедеятельности, содержится 11-15 % гумуса. В природе нет других более активных гумификаторов. Почва при этом обеззараживается и приобретает тот неповторимый и приятный запах земли, к которому каждый человек привык с детства.


Дегумификация, прежде всего, вызывается чрезмерным рыхлением почвы, подкислением, промыванием.
В конце 90-х годов 44,8 % обследованной пашни РФ (54,1 млн. га) имели низкое и очень низкое содержание гумуса. Ежегодное уменьшение его содержания в пахотных почвах Центрального района Российской Федерации в среднем на 0,53 т/га свидетельствует о снижении потенциального плодородия почв (292). Для восполнения потерь гумуса следует ежегодно вносить на каждый гектар пашни 10 т/га навоза (табл. 36).

Таблица 36

Ежегодный баланс гумуса в пахотном слое почв Центрального района РФ, т/га
(по расчётам К.В. Дьяконовой, 292)

Зерновые

Пропашные

Чистый
пар

Многолетние
травы

В среднем

дегумификация

гумификация

дегумификация

гумификация

дегумификация

гумификация

дефицит
гумуса

потребность в навозе для покрытия

1,0

0,4

1,8

0,2

2,0

0,6

0,53

10,0

 

Юго-запад России расположен в таёжно-лесной и лесостепной зонах, почвы здесь образовались в различных ландшафтах, аграрное использование их неодинаковое. Поэтому содержание гумуса в почвах здесь варьирует в широких пределах (табл. 37).

Таблица 37

Динамика содержания гумуса в почвах юго-запада РФ (101)

Область

Тур обследования / год его завершения

Брянская

1,84

1,91

2,10

2,12

2,15

Калужская

-

1,55

1,71

1,62

1,60

Орловская

-

-

5,26

5,27

5,29

Тульская

-

-

4,90

4,90

4,90

Особенно пёстрое содержание гумуса в почвах Брянской области, которая находится на стыке вышеназванных природных зон и отличается большим разнообразием природных факторов почвообразования.

Для оценки содержания гумуса в почвах агроэкосистем предложено использовать следующие градации (табл. 39).

Таблица 39

Градации содержания гумуса в основных пахотных почвах (Минеев и др. 1993)

Почва

Содержание гумуса

очень низкое

низкое

среднее

повышенное

высокое

Дерново-подзолистая
супесчаная
суглинистая


Ј1,0
Ј1,5


1,1-1,5
1,6-2,0


1,6-2,0
2,1-2,5


2,1-2,5
2,6-3,0


> 2,5
> 3,0

Дерново-карбонатная
суглинистая

Ј2,0

2,1-2,5

2,6-3,0

3,1-3,5

> 3,5

Светло-серая лесная
суглинистая

Ј1,5

1,6-2,0

2,1-2,5

2,6-3,0

> 3,0

Серая лесная
суглинистая

Ј2,0

2,1-2,5

2,6-3,0

3,1-3,5

> 3,5

Тёмно-серая лесная
суглинистая

Ј3,0

3,1-3,5

3,6-4,0

4,1-4,5

> 4,5

Чернозём оподзоленный
тяжелосуглинистый

Ј4,0

4,1-5,0

5,1-6,0

6,1-7,0

> 7,0

Чернозём типичный
тяжелосуглинистый

Ј6,0

6,1-7,0

7,1-8,0

8,1-9,0

> 9,0

Особенно низкое количество гумуса в дерново-подзолистых почвах Брянщины. Оно плавно увеличивается в верхнем генетическом горизонте этих почв по мере понижения рельефа. В интенсивных прифермской, овощной и полевой агроэкосистемах запасы гумуса в пахотном горизонте возрастают по сравнению с верхним генетическим горизонтом естественных почв, хотя его содержание в них чаще всего ниже. Дерново-подзолистая почва на двучлене с мореной снизу (Новозыбковский КПУ) богаче гумусом, чем дерново-подзолистая почва на мощном флювиогляциальном песке (Клинцовский КПУ) (табл. 40, 41).

Таблица 40

Содержание и запасы гумуса в почвах катены "Старый Вышков"

Таблица 41

Содержание и запасы гумуса в дерново-подзолистых почвах различных экосистем

В естественных экосистемах ополья количество гумуса возрастает от серой лесной почвы гривы к серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом в западине. Отличительной особенностью последней является обилие гумуса в этом горизонте. Использование серых лесных почв в интенсивной полевой агроэкосистеме снижает содержание гумуса. Его запасы почти не изменяются. Это обусловлено, по-видимому, значительным увеличением плотности почвы (табл. 42).

Таблица 42

Содержание и запасы гумуса в серых лесных почвах различных экосистем

Изучение по годам динамики содержания гумуса в пахотных горизонтах почв различных интенсивных агроэкосистем показало, что в дерново-подзолистой почве овощной агроэкосистемы оно снижается невзирая на ежегодное, начиная с 1973 г., внесение в среднем по 50 т/га органических и свыше 300 кг/га минеральных удобрений. В условиях полевой агроэкосистемы регулярное внесение в дерново-подзолистую почву в среднем около 10 т/га органических и 100-150 кг/га минеральных удобрений способствует поддержанию бездефицитного баланса гумуса и даже некоторому увеличению его содержания. Длительное регулярное внесение в серую лесную почву полевой агроэкосистемы в среднем по 8 т/га органических удобрений значительно снижает содержание гумуса. Заметное его увеличение в 1990 г. в серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом произошло в условиях интенсивной агроэкосистемы вследствие перемещения в западины илистых органических веществ с окружающих грив. Об этом свидетельствуют и данные гранулометрического состава, приведенные выше (табл. 43)

Таблица 43

Динамика содержания гумуса в пахотных горизонтах почв интенсивных агроэкосистем, %
(Данные: 1938 г. - Антыков 60; 1954 г. - Антыков 59; 1976 г. - Почвы..., 1977; 1983 г. - Просянников, 341, 343; 344; 347; 1990 г. - Просянников, 346)

Анализ содержания гумуса в почвах Брянской области, проведенный Брянским Центром "Агрохимрадиология", показал, что процесс дегумификации прогрессирует. Это является одной из причин невысокой эффективности применяемых минеральных удобрений. Нами (349) был проведён корреляционный и регрессионный анализ данных окупаемости 1 кг действующего вещества минеральных удобрений в килограммах кормовых единиц и данных ежегодного дефицита гумуса в процентах от ежегодных потерь в административных районах области. Установлено, что окупаемость минеральных удобрений снижается при увеличении ежегодного дефицита гумуса в почве. Коэффициент корреляции - 0,67+ 0,16. Выявленная корреляционная зависимость существенна на 0,1 % - ном уровне значимости. Рассчитано следующее уравнение регрессии: У = 4,00 - 0,02 Х. Оно позволяет прогнозировать окупаемость 1 кг действующего вещества минеральных удобрений урожаем в килограммах кормовых единиц (У) при изменении величины ежегодного дефицита гумуса в процентах от его ежегодных потерь в пахотном слое почв (Х).

Пойменные экологические подсистемы по содержанию гумуса в почвах располагаются в следующий убывающий ряд: центральная, притеррасная, прирусловая (табл. 44).

Таблица 44

Содержание гумуса в почвах пойменных экологических подсистем (225)

Пойменная экологическая подсистема

Слой почвы, см

Гумус, %

Плотность загрязнения 137Cs < 1 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

0,5
0,4
0,5

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

3,9
4,3
4,1

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

3,1
2,9
3,0

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

2,9
1,8
2,4

Плотность загрязнения 137Cs 1 - 5 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

0,7
0,6
0,7

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

3,1
2,3
2,7

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

2,1
3,5
2,8

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

1,4
1,7
1,6

Плотность загрязнения 137Cs 5 - 15 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

0,9
0,7
0,8

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

2,1
2,6
2,4

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

2,5
4,9
3,7

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

1,1
1,3
1,2

Плотность загрязнения 137Cs 15 - 40 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

1,2
2,2
1,7

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

2,1
1,3
1,7

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

2,2
2,4
2,3

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

0,8
1,1
1,0

Плотность загрязнения 137Cs > 40 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

0,9
1,1
1,0

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

4,2
2,7
3,5

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

1,3
1,6
1,5

СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ВСЕХ ПОЙМЕННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОДСИСТЕМ СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ВСЕХ ПОЙМЕННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОДСИСТЕМ

Прирусловье

0-10

0,9

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-10

2,7

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-10

3,1

Притеррасье

0-10

1,5

Изучаемые почвы существенно различаются по групповому и фракционному составу гумуса. Дерново-подзолистая слабодифференцированная контактно-глубокоглееватая супесчаная почва на двучленных отложениях (Новозыбковский КПУ) и среднедерново-глубокоподзолистая супесчаная почва на мощных флювиогляциальных отложениях (Клинцовский КПУ) характеризуются гуматно-фульватным составом гумуса (табл. 45, 46). Серые лесные почвы ополья имеют фульватно-гуматный, переходящий в гуматный во втором гумусовом горизонте почвы западины, тип гумуса (табл. 47, 48).

Таблица 45

Состав гумуса в дерново-подзолистых почвах на двучлене с мореной снизу
в условиях различных экосистем (Новозыбковский КПУ)

Таблица 46

Состав гумуса в дерново-глубокоподзолистых почвах на мощных флювиогляциальных
отложениях в условиях различных экосистемах (Клинцовский КПУ)


Таблица 47

Состав гумуса в серых лесных почвах различных экосистем (Стародубский КПУ, гривы)

Таблица 48

Состав гумуса в серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом в различных экосистемах (Стародубский КПУ, западины)

Длительное интенсивное воздействие на дерново-подзолистые почвы в овощной и полевой агроэкосистемах на фоне снижения содержания гумуса улучшает его групповой состав.


В агрогенной серой лесной почве гривы отношение Сгк : Сфк несколько сужается, что указывает на снижение количества гуминовых кислот и увеличение - фульвокислот. В пахотном горизонте серой лесной почвы соседней западины состав гумуса улучшается, а в подпахотном и в верхней части второго гумусового - значительно ухудшается.


Подвижные и агрессивные фракции (ПАФ) в дерново-подзолистых почвах естественных экосистем составляют 70-80 % от суммы гумусовых кислот (табл. 45, 46). В серых лесных почвах ополья их доля снижается до 39-54 %. Во втором гумусовом горизонте почвы западины - до 40-46 % (табл. 47, 48).


Длительное интенсивное агрогенное воздействие на дерново-подзолистые почвы в овощной и полевой агроэкосистемах снижает относительное содержание в них ПАФ гумуса. Причем, в почве Клинцовского КПУ это происходит значительно активнее.
Длительное использование серой лесной почвы на гриве в интенсивной полевой агроэкосистеме несколько увеличивает количество ПАФ, а в западине - заметно снижает в верхней части профиля, увеличивая в нижней.


В составе гуминовых кислот изучаемых дерново-подзолистых почв преобладает фракция ГК-1. В серых лесных почвах ее доля в сумме фракций ГК снижается. Длительное интенсивное использование изучаемых почв в овощных и полевых агроэкосистемах уменьшает содержание этих гуминовых кислот, которые свободны и связаны с подвижными полуторными оксидами.


Гуминовых кислот, связанных с кальцием, в дерново-подзолистых почвах на двучлене с мореной снизу (Новозыбковский КПУ) содержится меньше всего, а в залежной почве на мощном флювиогляциальном песке (Клинцовский КПУ) их нет вовсе (табл. 45, 46). Интенсивное агрогенное воздействие несколько увеличивает количество ГК-2.


В серых лесных почвах ополья и, особенно со вторым гумусовым горизонтом, количество ГК-2 увеличивается. Интенсивное агрогенное воздействие не изменяет содержание ГК-2 в почве на гриве и увеличивает в верхней части почвы западины.

Гуминовых кислот, связанных с устойчивыми полуторными оксидами и глинистыми минералами в дерново-подзолистых почвах немного. В интенсивной агроэкосистеме их количество возрастает (табл. 45, 46). В серых лесных почвах ГК-3 не намного больше, чем в дерново-подзолистых. В интенсивной агроэкосистеме на гриве оно снижается, а в западине - значительно увеличивается (табл. 47, 48).

У дерново-подзолистых почв полесья в составе фульвокислот преобладают агрессивные (ФК-1а) и подвижные фракции (ФК-1). Их количество в пахотной почве Новозыбковского КПУ лишь несколько снижается. На Клинцовском КПУ этот процесс идет значительно интенсивнее.


Относительное содержание ФК-1а и ФК-1 в серых лесных почвах ниже, чем в дерново-подзолистых. Длительное использование их под пашней без известкования увеличивает количество агрессивных и подвижных фульвокислот как на гривах, так и в западинах.
Доля фульвокислот, связанных с кальцием (ФК-2), среди общего их количества в дерново-подзолистых почвах самая незначительная (табл. 45, 46). При длительном использовании этих почв в овощных и полевых агроэкосистемах их количество возрастает, особенно в дерново-глубокоподзолистой супесчаной почве на мощных флювиогляциальных отложениях. В серых лесных почвах ополья ФК-2 больше, чем в дерново-подзолистых почвах, но в сравнении с остальными фракциями ФК - немного. В серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом их количество ниже, чем в почве соседней гривы. Отмечена тенденция к увеличению ФК-2 в серых лесных почвах интенсивной агроэкосистемы.


Количество фульвокислот, связанных с полуторными оксидами и глинистыми минералами, самое низкое в дерново-подзолистых слабодифференцированных контактно-глубокоглееватых супесчаных почвах на двучлене с мореной снизу Новозыбковского КПУ. В остальных изучаемых почвах оно близко (табл. 45 - 48). В пахотных горизонтах ФК-3 снижается.


В дерново-подзолистых почвах около половины специфических гумусовых веществ приходится на долю негидролизуемого остатка (гумина). В почвах ополья его в 2-4 раза меньше. В западинах количество негидролизуемого остатка несколько возрастает по сравнению с соседними гривами. Использование дерново-подзолистых почв длительное время в интенсивных агроэкосистемах несколько снижает этот показатель гумусового состояния, а серых лесных - значительно увеличивает.


Д.С. Орлов (302; 303) отмечает, что одной из важнейших характеристик гумусовых веществ служит отношение С : N, указывающее на обогащенность гумуса азотом. Чем оно шире, тем меньше содержание азота (144).


В условиях естественных экосистем ополья серые лесные почвы характеризуются самым широким отношением С : N (табл. 47, 48). То есть обогащенность их гумуса азотом очень низкая. В естественных дерново-подзолистых почвах С : N сужается (табл. 45, 46). При интенсивном агрогенном использовании этих почв прослеживается тенденция в пахотном горизонте к расширению рассматриваемого отношения - снижению обогащённости гумуса азотом. В серых лесных почвах гумус обогащается азотом.