Печать
Категория: Материалы VIII Симпозиума (2018 год)
Просмотров: 110

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА КАШТАНОВЫХ ПОЧВ ПРИ РАЗНОМ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИИ 

EVALUATION OF QUALITY OF ORGANIC MATTER OF KASTANOZEMS WITH DIFFERENT USE 

М.Г. Меркушева, Л.Л. Убугунов

M.G. Merkusheva, L.L. Ubugunov

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН (Россия, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахъяновой, 6) 

Institute of General and Experimental Biology of SB RAN (Russia, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanovoy Str., 6)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Изучены запасы органического углерода, в том числе надземной и подземной фитомассы, микробоценозов и мезофауны в травяных экосистемах на почвах каштанового ряда Западного Забайкалья, их гумусовое состояние и интенсивность изменения при пастбищной дигрессии и развитии дефляции. Показано, что общие запасы Сорг находились в интервале 6170 и 9696 гС/м2, из которых 88-90% приходилось на углерод гумуса. Биопродуктивность степных сообществ низкая, пастбищная дигрессия снижает не только ее показатели, но и изменяет гумусовое состояние почв, трансформируя структуру микробоценозов, уменьшает обогащенность почв микроорганизмами и накопление в них микробной массы.

The stocks of organic carbon, including aboveground and underground phytomass, microbial biomass and mesofauna in grass ecosystems on the kastanozems of the Western Transbaikalia, their humus status and the intensity of changes in pasture digression and the development of deflation have been studied. It is shown that the total reserves of Corg were in the range of 6170 and 9696 g/m2/year of which 88-90% accounted for carbon of humus. The bioproductivity of steppe communities is low, pasture digression reduces not only its indices, but also changes the humus state of soils, transforms the structure of microbiocenoses, reduces the enrichment of soils with microorganisms, and accumulates microbial mass in them. 

Органическое вещество почв, его содержание и состав, свойства его компонентов быстро и адекватно реагируют на экологические изменения в природной среде, как естественные (аридизация, опустынивание, дефляция), так и антропогенные (пастбищная дигрессия). Основная роль в круговороте углерода принадлежит почвам [3], как среде обитания растений, мезофауны и микроорганизмов. В настоящее время широко обсуждаются процессы, контролирующие стабильность органического вещества почвы [4, 12, 13] и роль микроорганизмов в образовании гумусовых веществ в почвах [8, 15, 16].

Площадь аридных почв мира составляет 45395,7 тыс. кв. км или 35,9% всех материков [7]. На долю каштановых почв всех разновидностей приходится 7,3% от площади аридных почв. Наибольший их ареал находится в Евразии – 77% от площади каштановых почв мира, в Северной Америке – 21,4% и Южной – 1,6%.

Природные условия формирования и функционирования, генетические свойства каштановых почв Тывы, Забайкалья и Северной Монголии имеют большое сходство, что позволяет их объединить в единую центральноазиатскую фацию. Значимость этого заключается в том, что расширяется база данных для характеристик каштановых почв, разработки агротехнологий, сохраняющих их плодородие и повышающих продуктивность культурных растений и сухостепных пастбищ, а также предотвращающих развитие дефляции, характерной для каштановых почв фации.

В данной работе приведена оценка качества органического вещества каштановых почв при разном их использовании, что является актуальным при усилении аридизации климата и дефляционных процессов на примере Западного Забайкалья.

Органический углерод. Запасы почвенного органического углерода (СПОВ) формируются из Сгум, СBNP, СМБ и СМФ, т.е. компонентов, находящихся в почве (табл. 1). Доля СПОВ составила 99% от общего накопления углерода в травяных экосистемах. Вклад его составляющих компонентов в запасах ПОВ несколько различался в каждой экосистеме, но в среднем был равен соответственно 88,3% (при варьировании 80,7-92,9%), 10,4 (5,9-16,8%), 1,3 (0,9-2,5%) и 0,01-0,001%. Для сравнения приведем величины распределения Сгум, СРОВ и СМБ в каштановых почвах разных регионов, которые для почв Казахстана равны соответственно 87,5, 11,3 и 1,2%; Республики Тыва – 77,6-77,9, 16,8-20,6 и 1,2-3,2%; Восточного Забайкалья – 86,5, 11,3 и 2,2% [5]; Западного Забайкалья – 72, 24 и 3% [17].

Таблица 1 Запасы углерода гумуса (Сгум), растительного вещества (Сров), микробной биомассы (Смб) и мезофауны (Смф) в травяных экосистемах в слое почвы 0-50 см, (над чертой – запасы, гС/м2; под чертой – % от общих запасов)

Интенсивность (степень) деструкции мортмассы – это по существу разложение углеродсодержащих веществ (клетчатки, целлюлозы, лигнина и др.) в почвах за вегетационный сезон. С учетом этого, средняя за вегетацию степень деструкции мортмассы в каштановой и лугово-каштановой почвах была слабой – 18,7 и 16,5% соответственно. В природных конкретных условиях интенсивность деструкции растительных остатков зависит от количества осадков и водно-температурного режима, продолжительности вегетационного периода, обогащенности почв микроорганизмами и почвенной фауной, а также их активностью. Например, численность мезофауны и интенсивность деструкции имели общую направленность в почвах (r = 0,98), как и количество углерода в сухой массе мезофауны и микрофлоры (r = 0,74). Травяные экосистемы в зависимости от активности деструкции за год накапливали разное количество органического углерода (%): сухая степь – 76,4, луговая степь – 80,6 [6], т.е. общий баланс Сорг в степных экосистемах был наибольшим по сравнению с пойменными, что закономерно в условиях современной аридизации климата, так как они эволюционно наиболее устойчивы к этому фактору даже в периоды длительного иссушения. Это связано с преимущественным доминированием в сообществах ксерофитов, которые имеют более плотные ткани по сравнению с мезофитами и гигромезофитами пойменных лугов. 

Гумусовое состояние. Основным фактором, обусловливающим низкое содержание гумуса и формирование его качественного состава в каштановых почвах Забайкалья под естественными травостоями, является легкий гранулометрический состав с большой долей песчаных фракций, состоящих в основном из первичных минералов – кварца и полевых шпатов. Тонкопылеватые и илистые фракции обеднены вторичными минералами [1], т.е. способность к адсорбции новообразованных гумусовых веществ слабая. В почвах в результате их весенне-раннелетнего иссушения сокращается период биологической активности (до 70 дней), при этом интенсивность этих процессов во вторую половину вегетационного сезона (июль-август) в связи с выпадением осадков резко возрастает. Актуальная активность почв в вегетационные сезоны варьирует от очень слабой (15-25%) до средней 30-45% [9].

При повышении температуры минерализация поступающих источников гумуса усиливается, а гумификация ослабевает. Этому же способствует и низкое количество органического вещества, идущего по пути гумификации. В условиях повышенных температур минерализация может протекать при низкой влажности почв. Однако последняя препятствует взаимодействию новообразованных гумусовых веществ с минеральной частью, в этой связи накапливаются только наиболее устойчивые к разложению гумусовые вещества, прочно связанные с минеральной частью почвы.

Следствием деградации пастбищных фитоценозов является ухудшение показателей гумусового состояния: снижение содержания и запасов гумуса, уменьшение количества подвижных гуминовых кислот, фульватизация гумуса [5]. На разреженных и оголенных участках пастбищ усиливаются дефляционные процессы.

Биологическая продуктивность сухостепных пастбищ Западного Забайкалья, по градации Н.И. Базилевич [2], является низкой. Усиленный, бессистемный выпас снижает запасы надземной и подземной фитомассы (табл. 2), значительно расширяет их соотношение, что не способствует поступлению свежего органического вещества в почвы под деградированными пастбищами, а также повреждает дернину, ухудшая условия для функционирования не только растений, но и микробоценозов. Запасы биомассы микроорганизмов в корнеобитаемом слое (0-50 см) почв коррелируют с экологическими условиями их функционирования, в т.ч. приуроченностью подземной фитомассы к поверхностным горизонтам почв, размерами поступления свежего органического вещества и т.д.

Таблица 2 Биологическая продуктивность пастбищ на каштановых почвах, г/м2/год массы

Длительное пребывание каштановых почв в течение года в криоаридных условиях и специфичный химический состав органического вещества, поступающего в почву (корневой опад), обуславливают формирование своеобразных микробоценозов с относительно большой численностью микроорганизмов, представленных в основном ксерофитными формами. Деградация растительного покрова и развитие дефляции вызывают обеднение микроорганизмами, дальнейшую ксерофитизацию микробоценоза и снижение микробной массы. Наибольшая микробная масса (1,26-1,50 т/га сухого вещества) выявлена в каштановых почвах под ненарушенными травостоями, под деградированным пастбищем – 1,06 т/га. При дефляции запасы микробной массы значительно уменьшаются до 0,55-0,76 т/га. 

Перевыпас приводит к снижению содержания и запасов гумуса в слое почвы 0-20 см по сравнению с почвой под пастбищем с ненарушенным травостоем. Однако количественные изменения пока еще существенным образом не изменили качественный состав гумуса (табл. 3). Показатели гумусового состояния каштановых почв, по градации [10], под естественными пастбищами характерны для этого типа почв, а именно: 1) степень гумификации – средняя; 2) содержание ГК-1 – очень низкое; 3) количество ГК-2 – среднее и ГК-3 – высокое; 4) обогащенность гумуса азотом (С:N) – средняя до высокой.

Таблица 3 Состав гумуса каштановых почв под естественными пастбищами, % к Собщ.

При дефляции гранулометрический состав каштановых почв сильно изменяется в сторону опесчанивания. Cодержание гумуса в каштановых почвах образует возрастающий ряд: от 0,2% в рыхлом песке до 2,7% в легком суглинке. Между содержанием гумуса и физической глины отмечена тесная корреляция (r = 0,75), что обусловливает необходимость оценивать степень изменения гумусового состояния почв под влиянием дефляционных процессов для каждой разновидности отдельно [14].Для оценки изменений фракционного состава гумуса используется отношение между второй фракцией гумусовых веществ (сумма ГК-2 и ФК-2) и количеством их первой фракции (сумма ГК-1 и ФК-1). Этот показатель позволяет вскрыть даже ранние изменения в составе гумуса при относительно кратковременных антропогенных воздействиях [11]. Величина этих соотношений в каштановых почвах под травянистой растительностью (слой почвы 0-20 см) составила для ненарушенного пастбища 1,5 и 4,6 и для нарушенного – 3,2 и 9,6, т.е. почти в 2 раза уменьшилось содержание подвижных фракций.

Запасы гумуса и гумусовых веществ в слое 0-20 см определенной разновидности почв, при прочих равных условиях, определяют уровень деградации гумусового состояния для каждой степени дефлированности (табл. 4). В среднедефлированных почвах запасы гумуса и гумусовых веществ снижаются практически с одинаковой интенсивностью: в легкосуглинистых – в 1,2 и супесчаных в 1,3 раза, а ГК:ФК не меняется по сравнению с недефлированными аналогами. В сильнодефлированных легкосуглинистых почвах запасы гумуса и гумусовых кислот уменьшились в 1,9, фульвокислот – в 1,6 раза, ГК:ФК снизилось до 0,9; в супесчаных почвах запас гумуса сократился в 2 раза, гуминовых кислот – в 3,8 и фульвокислот – в 2,5 раза и ГК:ФК стало равным 0,6. Следовательно, деградация гумусового состояния каштановых почв при дефляции и особенно их супесчаных разновидностей проявляется в основном на качественном уровне. Однако снижение запасов гуминовых кислот происходит значительно интенсивнее, чем фульвокислот. С увеличением степени дефлированности запасы гумина уменьшаются относительно постепенно. На закрепленных песках, тем более вблизи лесополос, содержание и запасы гумуса относительно стабилизируются (табл. 4).

Таблица 4 Запасы гумуса и гумусовых веществ в каштановых почвах (0-20 см) деградированных пастбищ и дефлированной пашни, т/га

На современном этапе в Забайкалье сложилась уникальная возможность вторичного «остепнения» склонов с непродуктивной пашней, которая находится в залежном состоянии. Эти мероприятия позволят не только остановить дефляционные процессы в каштановых почвах, но и восстановить растительный покров. 

Работа выполнена в рамках проекта АААА-А17-117011810038-7. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Абидуева Т.В., Соколова Т.А. Глинистые минералы и калийное состояние степных почв Западного Забайкалья. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 100 с.
  2. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.
  3. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.: Наука, 1990. 261 с.
  4. Красильников П.В. Устойчивые соединения углерода в почвах: происхождение и функции // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1131-1144.
  5. Кыргыс Ч.С. Круговорот углерода в системе «растение–почва» в степях Убсунурской котловины: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Томск, 2004. 24 с.
  6. Лаврентьева И.Н., Меркушева М.Г., Убугунов Л.Л. Оценка запасов органического углерода и потоков СО2 в травяных экосистемах Западного Забайкалья // Почвоведение. 2017. № 4. С. 411-426.
  7. Лобова Е.В., Хабаров А.В. Почвенные ресурсы аридных и полуаридных зон мира // Земельные ресурсы мира, их использование и охрана. М.: Наука, 1978. С. 26-39.
  8. Лысак Л.В., Лапыгина Е.В., Конова И.А., Звягинцев Д.Г. Численность и таксономический состав наноформ бактерий в некоторых почвах России // Почвоведение. 2010. № 7. С. 819-824.
  9. Меркушева М.Г. Гумусное состояние и структура микробоценозов в дефлированных каштановых почвах Баргузинской котловины (Западное Забайкалье) // Аридные экосистемы. 2012. Т. 18. Вып. № 2(51). С. 44-53.
  10. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № С. 918-926.
  11. Розанов Б.Г., Таргульян В.О., Орлов Д.С. Глобальные тенденции изменения почв и почвенного покрова // Почвоведение. 1989. № 5. С. 5-17.
  12. Семенов В.М., Иванникова, Тулина А.С. Стабилизация органического вещества в почве // Агрохимия. 2009. № С. 77-96.
  13. Семенов В.М., Тулина А.С., Семенова Н.А., Иванникова Л.А. Гумификационные и негумификационные пути стабилизации органического вещества в почве (обзор) // Почвоведение. 2013. № С. 393-407.
  14. Убугунов Л.Л., Убугунова В.И., Меркушева М.Г. Содержание гумуса и азота в гранулометрических фракциях каштановых почв Западного Забайкалья // Почвоведение. 1990. № С. 80-86.
  15. Федотов Г.Н., Добровольский Г.В. Возможные пути формирования наноструктуры в почвенных гелях // Почвоведение. 2012. № 8. С. 908-920.
  16. Федотов Г.Н., Лысак Л.В. О возможной роли микроорганизмов в образовании гумусовых веществ в почвах // Доклады Академии наук. 2014. Т. 455. № 1. С. 114-117.
  17. Чимитдоржиева Э.О. Запасы углерода в черноземах и каштановых почвах Западного Забайкалья и эмиссия СО2: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Улан-Удэ, 2011. 20с.