Ганжара - Почвоведение

Концептуальная модель гумусообразования. Разработана 13

80-х годах Н.Ф.Ганжарой. В основу концептуальной модели поло­

жены представления И.В.Тюрина, М.М.Кононовой, Ф.Дюw0_ фура о географических факторах, условиях и закономерностях гумусообразования. Согласно этой концепции выделяются дiЗс стадии гумификации: 1) образование гумусовых веществ пр11 разложении источников гумуса - стадия детритификации 11

2) взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частыо почвы и образование устойчивых органаминеральных соедине­

ний. Соответственно следует различать условия образования гу­

мусовых веществ и условия закрепления образующегося гумуса.

Последние оказывают решающее влияние на его накопление 11

состав. Предложенная модель включает схему функциональных

связей гумусаобразования (рис 14.2) и группировку условий об­

разования и закрепления гуминовых кислот и гумуса в целом.

Приоритет гуминовых кислот в данном вопросе обусловлен тем,

Блок условий образования, взаимодействия

итрансформации органических веществ

иоргано-минеральных производных

Водный, воздушный, тепловой режимы,

реакция среды, окислительно­ восстановительные условия

Рис. 14.2 Схема функциональных связей гумусообразовани.я (fанжара Н.Ф., 1988)

130

ия благоприятные дJiя их накопления, как правило,

qTO усло:ят~Ы для накопления гумуса в целом, что впервые

благоnР иовлено И.В.Тюриным.

бьJJI0Jс::нципиальное отличие данной схемы функциональных v ;аключается в выделении отдельного блока источников гу­

связе: детрита. Для этого блока характерна первая стадия гумифи­

мусаи _ детритификация. Конечным продуктом в этом блоке яв­

I<аll~ся новообразованные гумусовые вещества с определенным

мальными являются:

-насыщенность среды кальuием, магнием и азотом;

-благоприятный биохимический состав источников гумуса

(оптимальное отношение углерода к азоту, содержание

легкоразлагаемых веществ).

Для прочного закрепления и накопления гуминовых кислот

впочвах оптимальны следующие условия:

-наличие свободной от гумуса поверхности минеральной

части почв;

-высокие сорбционные свойства (общая и удельная повер­ хность, степень дисперсности, минералогический состав и др.);

-насыщенность ППК кальцием и магнием (наличие их из­

бытка для связывания гуминовых кислот);

-контрастность режима влажности при непромывном и пе­

риодически промывнам режиме;

-отсутствие пептизаторов.

Согласно схеме функциональных связей все условия, влияю­ щие на образование гуминовых кислот в составе детрита, оказы­

вают влияние на условия закрепления гумуса и наоборот.

При сочетании оптимальных условий для образования и зак­

Репления rуминовых кислот в процессе гумусаобразования повы­

Uiаются коэффициенты гумификации, что обусловливает накоп­ ление rуминовых кислот и гумуса в целом. Резкое отклонение от

оnтимальных любого из перечисленных факторов лимитирует на-

131

копление гуминовых кислот и гумуса. При отсутствии в почва)( благоприятных условий для образования гуминовых кислот, 110

наличии их для закрепления фульвокислот, может накапливатьсн

фульватный гумус. Для закрепления фульвокислот в почвах необ.

ходимо присутствие химически активных форм соединений желе­

за в концентрациях, обеспечивающих их осаждение в условин\ 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 подзо­

листых почв, красноземы субтропиков и др.

Предложенная модель позволяет положительно описывать не

только гумусовое состояние всех зональных климаксно-равновес­

ных почв и их отдельных горизонтов, но и его изменение, связан­

ное с сельскохозяйственным использованием.

14.7.0собенности условий гумусообразования и

состояния органического вещества пахотных почв

Все изменения условий гумусообразования, связанные с ос­

воением почв под пашню, можно свести к общепланетарным, ха­

рактерным для всех почвенных зон, и к местным, региональны~!.

обусловленным особенностями использования и свойствами почв

отдельных регионов.

К общепланетарным изменениям условий гумусаобразова-

ния относятся следующие:

-изменение количества и состава источников гумуса;

-изменение водного режима;

-постоянное отчуждение азота, углерода и зольных эле-

ментов с урожаем сельскохозяйственных культур; -действие минеральных удобрений.

К региональным изменениям условий гумусаобразован ия относятся такие, которые связаны с особенностями зоналыш\

(региональных) систем земледелия: орошение, осушение, хими­

ческие мелиорации, эрозионные потери гумуса и другие.

На преобладающих площадях пахотных почв основным ис­

точником гумуса являются корневые и пожнивные (послеубороч­

ные) остатки. Количество их определяется видом культуры и се

урожайностью.

132

nослеуборочные остатки зерновых культур составляют 2,0-

nроnашных 0,5-1,5 т/га, многолетних трав 4-8 т/га. В сред-

3,5 т/г~олевых севооборотах масса послеуборочных остатков co- J-Ietd вяст З-4 тjга. В последние годы появились материалы о при­

стаВЯ ном оnаде растений в виде корневых волосков и корневых

)I(ИЗ:~:ний, которые, как правило, не учитываются. Недостаточно

вьlд ний 0 биомассе микроорганизмов. По приближенным оцеп­

сведена может составлять 1-3 т/га сухого вещества. И все же есте­

J<а~~ный опад в целинных почвах существенно превышает коли­

ных остатках культурных растении зольные элементы составляют

s-tO%. Отношение С: N в составе растительных остатков варьиру­

ет от 12-15 у бобовых культур ло 30-50 у злаковых.

Органические yдoбpettii>J - второй по значению (в количе­ сnенном отношении) источник гумуса в пахотных почвах. В отли­ чие от растительных остатков в навозе и торфяных компостах до SO% их массы составляют готовые гумусовые вешества. Органичес­

J<Ие удобрения, как правило, характеризуются узким отношением

с: N (ниже 20-25). Оптимальная доза органических удобрений со­ ставляет 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 про­

является разносторонне. В результате механических обработок про­

исходит равномерное распределение массы органических удобре­ ний и послеуборочных остатков в пределах пахотного слоя, что по­ ложительно сказывается на гумификации: улучшается аэрация,

возрастает скорость разложения как источников гумуса, так и само­

го гумуса. Снижение содержания гумуса и ухудшение структурного состояния почв - негативные последствия ин·rенсивных обработок.

Влияние минеральных удобрений на гумусовое состояние

почв может быть прямым и косвенным. Прямое проявляется в из­ менении условий гумификации (реакция среды, пептизация гу­

мусовых веществ, воздействие на почвенную биоту и фермента­

тивную активность); косвенное - через посредство растений. При

внесении минеральных удобрений увеличивается урожай и коли­ чество послеуборочных остатков, что приводит к увеличению со­

держания гумуса. Однако очень высокие дозы минеральных удоб­ Рений могут приво.1111 ь к угнетению почвенной биоты, ухудше­

нию Физических свойств почв и условий гумусообразования.

У ОтчуЖДение с урожаем сельскохозяйственных культур азота,

вrлерода и зольных элементов вызывает некоторый сдвиг равноеенаго состояния. В связи с этим невольно возникает вопрос о

133

возможности достижения равновесного гумусового состояния 13

пахотных почвах.

Анализ результатов длительных опытов (рис 14.3) показы13а_

ет, что гумусовое состояние пахотных почв с постоянной в тсчс. ние длительного времени (десятки лет) системой земледелия приближается к квази-равновесному. Источником азота для ка;.к_ дого последующего урожая, наряду с послеуборочными остатка­

ми, является несимбиотическая фиксация его свободноживущи.

ми микроорганизмами и атмосферные осадки.

Степень изменения гумусового состояния пахотных почв за­

висит от того, насколько сильно изменились условия гумусообра­

зования. Как правило, при освоении целинных почв под паwн10

происходит снижение содержания гумуса из-за уменьшения ко­

личества источников гумуса и усиления минерализации. Наиболее

резкое снижение происходит в первые 10-20 лет после распашки. в

этот период минерализуются наименее устойчивые группы гумv­

совых веществ. В дальнейшем устанавливается новый, более ни~­

кий, уровень содержания гумуса, соответствующий новым усло­

виям гумусообразования. При внесении органических удобрений

содержание гумуса повышается до уровня соответствующего дозе

внесения органических удобрений, при этом соответственно из­

меняются запасы и состав гумуса. Чем больше вносится органи­

ческих удобрений, тем более высокий уровень стабилизации со­

держания и запасов гумуса устанавливается в почве. Таким же об­

разом устанавливаются уровни стабилизации содержания, запа­ сов и качественного состава гумуса при изменении других факто­ ров и условий гумусообразования. На рис. 14.3 четко различаются уровни стабилизации содержания гумуса в почвах зарубежных длительных опытов; в вариантах О - без удобрений, NPK - ми­

неральные удобрения, навоз - органические удобрения.

14.8.Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений

Роль органических веществ в почвообразовании очень мно­

госторонняя. Значительная часть элементарных почвенных про­

цессов (ЭПП) происходит с участием гумусовых веществ. К ним

относятся биогенно-аккумулятивные, элювиальные, иллювиаль­

но-аккумулятивные, метаморфические и другие. Процессы взаи­ модействия органических веществ с минеральной частью почв лс-

134

жат в основе почвообразования. Состав и свойства почв, в тщ,

числе агрономические, являются результатом этих процессов.

Режим органических веществ, их содержание, запасы и со.

став входят в число главных показателей почвенного плодородия. в

то же время они оказывают влияние практически на все агрон 0_

мические свойства и режимы почв.

Органическое вещество является источником азота и золь­ ных элементов питания для растений. В нем содержится 98% вм0_

вого азота, с ним связано 40-60% фосфора, 80-90% - серы, зна­

чительные количества кальция, магния, калия и других макро- 11

микроэлементов. Часть этих элементов находится в поглощенн0~1

состоянии и усваивается растениями в результате ионно-обмен­

ных реакций. Другая часть высвобождается и становится доступ­

ной для растений после минерализации органических веществ.

Количественные соотношения между этими источниками элемен­ тов питания требуют дальнейших исследований. Установлено, что около 50% потребности в азоте культурные растения получают за

счет почвенного органического вещества, прежде всего легкораJ­

лагаемого, остальные 50% - за счет минеральных удобрений. Роль

отдельных фракций органических веществ в питании растений не одинакова и определяется их способностью к минерализации.

Так, для собственно гумусовых веществ она составляет сотые и

даже тысячные доли процента в год от общих запасов, для свежих

органических веществдесятки процентов от ежегодно поступа­

ющего количества; для промежуточных продуктов разложения -

единицы и десятки процентов от их запасов. Органические веще­ ства обеспечивают сбалансированное питание растений; элемен­

ты питания поступают в растения в соотношениях, необходимых

для их нормального роста и развития.

. Органическое вещество оптимизирует физико-химические

свойства почв.

Поглотительная способность органических коллоидов значи­

тельно выше, чем минеральных, и достигает 1000 и более мг-экв на 100 г препарата гумусовых веществ. Более гумусираванные по­ чвы обладают более высокой буферностью по отношению к кис­

лотно-основным воздействиям, окислению-восстановлению 11

действию токсикантов. Поглощенные органическими и органо­

минеральными коллоидами катионы являются доступными д:rя

растений и активно участвуют в их питании.

Органическое вещество оказывает существенное влияние на структурное состояние, физические, водно-физические и физ!l­

ко-механические свойства почв. С увеличением rумусированност!l

136

ся плотность, увеличивается общая пористость, улучша-

.~ает

сИ~'~"'' уКТУРа почвы, повышается водопрочность структурных аг-

ется стр. увеличивается влагаемкость и водаудерживающая спо­ реrатоiь водопроницаемость, диапазон активной влаги, гигрос­

собН~~с~ая влажность; становятся более оптимальными физико­

J(аПИ ические свойства почв: липкость, пластичность, твердость,

механ ьное сопротивление.

удел Гумус придает почве более темную окраску, что способству-

тпоглошению тепла.

еОрганическое вещество играет ведущую роль в биологичес-

•• режиме почв. Источники гумуса и детрит поддерживают в по-

J(о... u б .. б

чвах определенныи уровень иологическои активности; со ствен-

но гумусовые вещества способствуют сохранению микроорганиз­ мов в почвах и создают комфортные условия для их функциони­

рования. Повышенная биологическая активность почв способству­

ет снижению численности патогенных микроорганизмов, ускоря­

ет микробиологическую деградацию пестицидов.

В составе органических веществ содержатся физиологически

активные вещества, ускоряющие рост и развитие растений. Наиболее резкие изменения свойств почв происходят при

повышении содержания гумуса до такого уровня, при котором

качественно различаются минеральные горизонты и гумусовые,

что составляет, примерно, 1-2% массы почвы. При дальнейшем

его увеличении это влияние становится слабее и проявляется в виде тенденции (таблицы 14.2, 14.3).

Связь гумуса с урожаем сельскохозяйственных культур в ли­

тературе освещается неоднозначно. Приводится много данных о тесной корреляционной связи содержания гумуса с урожаем. Од­

нако эти связи не позволяют раскрыть причинно-следственные.

Дело в том, что содержание гумуса и урожай могут находиться в

тесной корреляционной связи, они зависят от одних и тех же

Факторов и имеют одинаковую направленность изменений. Таки­

ми Факторами могут быть физико-химические свойства почв, хи­

мизм грунтовых вод и степень увлажнения, механический состав nочв, дозы органических удобрений и др. Например, с повыше­

нием доз органических удобрений повышается содержание гумуса и УРожай. Но за счет чего растет урожай - за счет увеличения со­

держания гумуса или внесения навоза? На этот вопрос корреля­

ционный анализ ответа не дает. Отождествление корреляционных

~ВЯзей с причинно-следственными привело к известной абсолю-

0Иэации в нашей стране роли гумуса в формировании урожая. Чень часто в литературе приводились данные о том, что повы-

137

14.2. Содержание rумуса, физико-химические и агрохимические

свойства почв (Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов, 1997)

138

J11ение содержания гумуса на 1% вызывает увеличение урожая зерновых на 10 центнеров с гектара. Такое действие гумуса сопос­

тавимо с эффективностью органических удобрений, хотя свой­

ства их различаются очень существенно. Более информативными

для выявления связи между содержанием гумуса и урожайностью

являются длительные опыты с органическими удобрениями. Они

nозволяют вычленить и оценить раздельное влияние гумуса и

органических удобрений на урожай. Анализ таких оnытов

(рис 14.3) показывает, что содержание гумуса nри внесении на­

воза существенно увеличилось во всех опытах на 1% и более, а

урожай при этом не увеличился, остался таким, как и в начале

оnытов, nри исходном содержании гумуса. В то же время суще­

ственные различия в урожае на контрольных и унаваживаемых де­

лянках в течение всего времени nроведения опытов говорят о вы­

сокой эффективности органических удобрений.

В специальных опытах (Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., 1990)

влияние содержания гумуса на урожай проявлялось только в ва­

риантах без минеральных удобрений.

При внесении минерального удобрения достоверных разли­

чий урожая на дерново-подзолистых и черноземных почвах с раз­

ным содержанием гумуса не установлено. Абсолютизация роли гу­

муса в формировании урожая nривела к появлению в литературе выводов о существенном росте эффективности средних доз мине­ ральных удобрений при увеличении уровня гумусированности. Та­ кие выводы противоречат теории лимитирующих факторов. В по­

чвах с низким содержанием гумуса содержится меньше азота и

других элементов питания, и они являются лимитирующим фак­ тором. Вполне логична более высокая эффективность минераль­

ных удобрений на менее гумусираванных nочвах, которая nод­

тверждена экспериментально на эродированных почвах и в уnо­

минавшихся выше специальных опытах.

14.9.Способы прогноза и оптимизации состояния

органического вещества в пахотных почвах

В настоящее время широкое расnространение nолучили ме­

тодики расчета баланса гумуса для практических целей. На осно­

вании этих расчетов в производстве ставится задача поддержания

бездефицитного или положительного баланса гумуса. В методиках

предусмотрено определение количества послеуборочных остатков

139