Роль кислотно-основных свойств в формировании гумусного состояния черноземов и серых лесных почв Курской области

По данным результатов почвенно-агрохимического обследования пахотных земель Курской области выявлены наиболее общие закономерности формирования гумусного состояния пахотных почв основных типов, характерных для данной территории - черноземов (57.5 %) и серых лесных почв (23.5 %). Для этого из общего массива данных по каждому из 28 районов, характеризующихся различным коэффициентом увлажнения (0,88-1,09), выделены автоморфные почвы и сформированы выборки по участкам, используемым на момент обследования в полевых севооборотах (n=26165). Для статистической обработки проведено группирование данных с учетом занимаемых площадей по типовой принадлежности почв, градациям по гранулометрическому составу и соответствующим им значениям физико-химических показателей.

При исключении из общей выборки районов с карбонатными и остаточно солонцеватыми почвами безотносительно их типовой принадлежности содержание гумуса в почвах в линейной форме описывается следующими уравнениями:

у = 0,42 – 2.77x₁ + 0.065x₂ + 0.071x₃,  F = 68.1, r = 0.89;                

у = -3.46 + 0.07x₂ + 0.88x₃,                 F = 96.6, r = 0.78         

где у – содержание гумуса %; x₁, x₂, x₃ – соответственно коэффициент увлажнения территории, содержание физической глины %, рН_KCL.

Доли вклада в изменение содержания гумуса соответственно равны 15, 64, 21 % и 71, 29 %, откуда следует, что кислотно-основное состояние почвы выступает как самостоятельный фактор. При этом содержание гумуса в почвах в большей мере коррелирует с логарифмическим значением рН_KCL, поскольку эта величина характеризует состояние почвенного поглощающего комплекса и степень насыщенности его основаниями.

Кислотная природа гумусовых веществ предопределяет их взаимодействие с минеральной частью почвы и возможность закрепления в почве (50 - 80 %). Количество органического вещества зависит от степени дисперсности минеральных частиц, а основное количество гумусовых веществ (Г, %) сосредоточено в глинистой фракции (Фг%,< 0.01 мм) (Тюлин, 1958; Кобцева, 2008). При этом энтропийный эффект может быть определяющим фактором взаимодействия глинистых минералов с органическими молекулами (Parfitt, Fraser, Farmer, 1977).

При использовании в качестве основы оценки средневзвешенных величин содержания гумуса двухкомпонентного параметра ln(Фг)ln(рН_KCL) установлено, что для исследуемых почв на основной территории области этот комплексный фактор на 77 % определяет средние уровни содержания гумуса:

Г(%)=1,39·ln(Фг)ln(рН_KCL) – 4,4 , r=0,88.

Повышение увлажнения территорий в сочетании с облегчением механического состава почв в северо-западных районах области обусловило формирование кислых, преимущественно серых лесных почв, характеризующихся низким содержанием гумуса. Как снижение увлажнения территорий в юго-восточном направлении, так и до определенной степени утяжеление механического состава при снижении кислотности почв способствует формированию черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных (рис. 4). Данная схема не исчерпывает всех возможных сочетаний величин и условий и характеризует направленность действия почвообразующих факторов в пределах Курской области.

Рис. 4 Средние уровни величин содержания гумуса в пахотных почвах в зависимости от исходных свойств и климатических условий.

Количественным показателем, характеризующим тип формирующегося в различных климатических условиях гумуса и являющимся функцией биохимической активности почв, является величина группового состава гумуса: Сгк:Сфк, имеющая коэффициент корреляции с периодом биологической активности (ПБА) для зонального ряда 0.95 (Волобуев,1973; Кононова, 1963; Бирюкова, Орлов, 1978; Орлов, 1990).

Изменение относительного содержания углерода гуминовых кислот и соотношения (Сгк:Сфк), определяемых различными методами, в большинстве случаев идет параллельно изменению общего количества гумуса. Учитывая различия групп гумусовых кислот, содержание гумуса (%) в почвах зонального ряда приближенно может быть выражено функцией четырех относительных величин:

, (3)

где К_Г - величина, обратная значению относительного превышения реакционной способности фульвокислот над гуминовыми:

;

%С_{ГК, ФК} - содержание углерода в гумусовых кислотах; ЕКО_{ФГ, ФК} - емкость катионного обмена препаратов гумусовых кислот (Орлов, 1974; Ковда, Розанов, 1988; Мамонтов, Панов, Кауричев, 2006).

Согласно расчетам, 90 % значений (Сгк:Сфк) для выборки черноземов выщелоченных (Курская обл., n=3681, К_Г= 0,44) находится в интервале 1.6 – 2.5 при среднем значении 2.0, а 82 % этих величин для серых лесных почв (n=1601, К_Г= 0,5) находится в интервале 0.7 – 1.3 при среднем значении 1.0 , что близко по размерности классическому методу Тюрина (рис. 5)

Рис. 5. Полигоны частот расчетных значений группового состава гумуса различных типов почв

Из взаимосвязи содержания гумуса в пахотном горизонте с показателем, характеризующим состояние ППК почв следует, что при прочих равных условиях изменения его должны соответствовать изменениям величины рН_KCL как по знаку, так и в соответствующих количественных пропорциях:

,                                                            (4)

где Г₀ и рН₀ - исходные величины содержания гумуса (%) и обменной кислотности почвы.

Изменения содержания гумуса (∆Г%), соответствующие выражению (4),

были подтверждены по анализу динамики этих величин за 15 – 20 лет землепользования хозяйств в Медвенском, Горшеченском и Фатежском районах (рис. 6).

Рис. 6. Относительные (от исходного) изменения средневзвешенного содержания гумуса (%) при изменении величины рН_KCL черноземов оподзоленных выщелоченных и типичных

Полученные данные подтверждают, что как процессы деградации почв, так и их окультуривания являются комплексными, затрагивающими всю почвенную систему. Устойчивость гумусного состояния по логике построения исходных зависимостей сопряжена с устойчивостью кислотно-основного состояния почв, обеспечиваемого соответствующими режимами.