3. Особенности трансформации и состава гумуса под дейтсвием различных систем удоберний

Баланс гумуса в почве. Если минеральные удобрения улуч­шают круговорот и баланс биогенных элементов, то органические удобрения являются не только важным источником питательных элементов для растений, но и пополняют запасы гумуса в почве одного из основных показателей ее потенциального плодородия. Органические вещества почвы являются регулятором расходования элементов питания и предотвращают непроизводительные потери питательных веществ от вымывания, образования газообразных продуктов и труднорастворимых минеральных соединений, по­вышают .эффективность минеральных удобрений. Почвы с большим содержанием гумуса биологически активнее: в них выше численность микроорганизмов, разнообразнее видовой состав, интенсивнее продуцируется СО₂, повышена ферментативная активность. Гумуси-рованные почвы отличаются лучшими физическими свойствами, водно-воздушным и тепловым режимами, устойчивы к эрозионным процессам. Особенно возрастает роль гумусированности почв при неблагоприятных погодных условиях. Поэтому проблема бездефицит­ного и положительного баланса гумуса в агрохимии и агропочвоведе-нии - одна из важнейших.

Главные причины потерь гумуса пахотными почвами следую­щие:

1. уменьшение количества растительных остатков, поступающих в почву, при смене естественного биоценоза агроценозом;

2. усиление минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации почв;

3. разложение и биодеградация гумуса под влиянием физиологически кислых удобрений и активизации микрофлоры за счет вносимых удобрений;

4. усиление минерализации в результате осушительных мероприятий переувлажненных почв;

5. усиление минерализации гумуса орошаемых почв в первые годы орошения (в последующие годы поддержание гумуса стабилизи­руется и даже повышается);

6. водная и ветровая эрозия почв.

Под естественной растительностью гумус накапливается до­вольно быстро, и количество его становится стабильным, т.е. запасы гумуса сохраняются практически неизменными. Распашка целинных земель без внесения органических удобрений приводит к быстрому падению содержания гумуса. При научной системе земледелия применение органических удобрений повышает процент гумуса.

Интенсивное земледелие должно предусматривать не только бездефицитный баланс гумуса, но и расширенное его воспроиз­водство. А это возможно при рациональном сочетании органических и минеральных удобрений с учетом специализации севооборотов и конкретных почвенно-климатических условий.

Основными путями компенсации минерализованного гумуса в почве являются:

1) использование всех видов органических удобрений, а также сочетание их с минеральными туками;

2. запашка сидератов, пожнивно-корневых остатков и др.;

3. посев в севооборотах бобовых трав и бобово-злаковых травосмесей с преобладанием бобового компонента;

4. использование соломы на удобрение по соответствующей технологии с добавлением азотных удобрений;

5. использование на удобрение различных отходов органического происхождения.

При агрономической оценке орга­нического вещества почвы считает­ся целесообразным разделение его на две большие группы: группу кон­сервативных, устойчивых соедине­ний и группу лабильных веществ [1]. Консервативные вещества устойчи­вы к минерализации; их роль в пита­нии растений незначительна. Это прежде всего зрелые гумусовые кис-

лоты почвы, гуматы кальция, орга-но-минеральные производные гуму­совых веществ, гумин, частично -лигнин и его производные. Они су­ществуют в почвах сотни и тысячи лет, слабо минерализуются и харак­теризуют типовые показатели и ус­тойчивые свойства Эта группа объединяет органические вещества, характеризующие типовые признаки почв. Они формируются в течение длительного времени и сохраняются в вековых циклах; с их содержанием и составом связаны многие фундаментальные свойства почвы. Все эти вещества участвуют в питании растений в незначительной степени, но создают для этого благоприятную среду. Количественная оценка вклада консервативных гумусовых веществ в формирование урожая весьма проблематична

Лабильные органические веще­ства (ЛОВ) легко поддаются мине­рализации, участвуют в формиро­вании структуры и других свойств почвы, являются источником энер­гии для микроорганизмов и источ­ником элементов питания для куль­турных растений. В составе ЛОВ со­держится 1,0-1,35% N, 0,4-1,0% фосфора è 0,5-1,2% K Ñî­держание ЛОВ в пахотном слое оп­ределяется прежде всего дозами вносимых удобрений, количеством послеуборочных остатков, интен­сивностью обработки почвы. Вещества, , принимают непосредственное участие в питании растений, формируют водопрочную структуру, служат энергетическим материалом для микроорганизмов и выполняют защитную функцию в отношении консервативного органического вещества. Их роль в агрономическом отношении проявляется более отчетливо. В частности, дефицит  лабильных  форм  органического   вещества  в почвах определяет состояние так называемой выпаханности, то есть резкое ухудшение их питательного режима и структурного состояния.

Внесение минеральных и органи­ческих удобрений привело к обогаще­нию гумуса активными компонента­ìè, С_trans=0,04-0,31% (òàáë.). Орга-но-минеральная система удобрения обеспечила накопление в почве мак­симального количества активного органического вещества. Величина ЛОВ тесно связана с приёмами окультуривания и может служить ин­дикатором эффективного плодоро­дия почв.

Выводы-Органо-минеральная система удобрения обеспечила накопление в почве максимального количества ак­тивного органического вещества. От­мечена тесная корреляционная зави­симость между всеми фракциями ла­бильного углерода и урожайностью îâñà, r=0,91-0,93. одержание в почве различных фракций лабильного ОВ может быть использовано в качестве показате­ля эффективного плодородия почвы.

Разработана классификационная схема лабильного органического вещества почвы, в составе которого предлагается выделять легкоразлагае мое органическое вещество (ЛОВ) и подвижное органическое вещество (ПОВ), обоснованы способы его экстрагирования и изучения,

2. Ежегодное внесение низких доз органических удобрений не изме няет радикальным образом содержание ЛОВ в почве, хотя в ряде случаев (навоз, вермикомпост, торф) его количество возрастает в 2,0-2,6 раза.

3. Виды органических удобрений оказывают существенное влияние на элементный состав ЛОВ. В большей степени азотом, фосфором и кали ем обогащено легкоразлагаемое вещество сформированное под влиянием соломы. Однако на запасы элементов питания аккумулирующихся в ЛОВ в наибольшей степени повлиял торф. Эффективны в этом отношении солома и навоз, в наименьшей степени сидерат. Самое благоприятное соотноше ние элементов питания характерно для ЛОВ, формирующимся при участии вермикомпоста и навоза.

4. Низкие дозы органических удобрений не отражаются на содержа нии общего гумуса и подвижного органического вещества. В составе ПОВ заметную роль могут играть углеводы, особенно при использовании сиде рата, хотя их вклад в общий гумус почвы весьма незначителен.

5. Комплексом физико-химических методов показано, что при экс тенсивном использовании дерново-подзолистых почв в формировании подвижного органического вещества заметный вклад вносят алифатиче ские компоненты среди которых большую роль играют соединения поли пептидной и полисахаридной природы.

6. Минеральные удобрения увеличивают неоднородность компонентов, формирующих подвижное органическое вещество. В его составе воз растает доля ароматических структур, кислород- и азотсодержащих группировок, повышается степень окисленности ПОВ. 7. Под влиянием органических удобрений в подвижном органиче ском веществе возрастает содержание углерода и азота, снижается доля алифатических и кислородсодержащих группировок. Формируется ПОВ более однородное по составу, обогащенное ароматическими компонентами и качественно новыми восстановленными соединениями, существенно возрастает его энергетический потенциал.

Доминирующими процессами формирования ПОВ под влиянием ор ганических удобрений является восстановление и дегратация сопровож дающиеся дегидрогенезацией и деметилированием.

8. Подвижное органическое вещество дерново-подзолистой почвы состоит преимущественно из соединений с молекулярной массой от 48 тыс. до 62 тыс. на долю которых приходится 81-96 % от массы ПОВ. Под влиянием минеральных удобрений средневесовая молекулярная масса подвижного органического вещества снижается с 57600 тыс. до 41800 тыс. Применение органических удобрений, особенно соломы и вер микомпоста, сопровождается обогащением ПОВ высокомолекулярными фракциями.

В каждом типе почв массовая доля лабильных гуминовых веществ (ГВ) к С_общ законо­мерно меняется при изменении гранулометрического состава, степени гидроморфизма и оглеения, карбонатности, а также содержания натрия в обменном состоянии и солевом составе почвенного раствора. Влияние перечисленных факторов нарастает в такой после­довательности: карбонатность - наличие натрия - оглеение - опесчаненность. При изме­нении гранулометрического состава от глинистого до супесчаного подвижность ГВ воз­растает в 3-4 раза. Увеличение карбонатности оказывает большое влияние на подвиж­ность ГВ в кислых ненасыщенных основаниями почвах. При достижении полной насы­щенности почв основаниями дальнейшее увеличение содержания карбонатов не влияет на снижение подвижности ГВ.

Многие процессы в почвах и их плодородие в значительной мере зави­сят от доли участия лабильных гуминовых веществ в органическом веществе. Чем больше доля лабильных гуминовых веществ в гумусе, тем больше его дина­мика и тем больше возможные потери при распашке почв и других антропогенных воздействиях. М.М. Кононова [1], И.В. Тюрин [2], В.В. Пономарева [3], Б.М. Когут [4] и другие исследователи считают, что к лабильным гуминовым веществам относятся фрак­ции извлекаемые из почвы 0.1 н раствором NaOH.

Для аллювиальных дерновых насыщенных тяжелосуглинистых почв с содержани­ем "физической глины" 47-59% характерно очень низкое содержание лабильных ГВ.

Черноземы-низкое Лаб. ГВ

Влияние лесной растительности вызывает увели­чение содержания лабильных ГВ в серых лесостеп­ных почвах по сравнению с черноземами.

Длительное применение органич. и минеральных удобрений увеличивает общее содержание С и азота (по сравн-ю с контролем) в бедных гумусом дерново-подзолистых и сероземах, мало влияя на черноземы.

Навоз и мин удобрения не изменяют групповой состав орг в-ва различных почв. Длительное применение удобрений сопровож-ся обогащение почвы подвижным орг в-м, находящимся в ранних (гидрофильных стадиях гумификации, химически «молодых», более биохимически активных орг. соединений, обогащает почву подвижным, доступным растениям азотом. Наиболее сильно это действие удобрений-на дерн-подз. менее-на черноземе., очень слабо на серозе

Систему рационального использования органических удобре­ний для расширенного воспроизводства гумуса в почве необходимо рассматривать как важное звено научной системы земледелия.

Ориентировочные данные о ежегодной минерализации гумуса под различными группами сельскохозяйственных культур, получен­ные на основании размеров выноса ими почвенного азота и скор­ректированные материалами отечественных и зарубежных длитель­ных опытов, можно представить следующими величинами (т/га): под зерновыми культурами - 0,5-1,0, пропашными - 1,5-2,5, под чистым паром-2,0-3,5.

Наиболее простой способ определения расхода гумуса почвы на создание урожая - по количеству потребляемого культурой азота. При этом за среднее содержание азота в гумусе принимают 5%. Например, на создание урожая израсходовано растениями 100 кг азота. Это количество азота содержится в 20-кратном количестве гумуса, т.е. в 2 т/га.

Минеральные формы азота (1-3% от общего содержания) рас­ходуются на создание урожая в первую очередь, а «активная» часть гумуса пополняет минеральные формы азота в почве. В практических условиях размер минерализации гумуса можно определить по формуле

Г_м = (У_о ■ K_N + У_о • К_Р ■ К_т) ■ 0,6 • 20,

где Г_м - количество минерализованного гумуса (ц/га); У_о - урожай основной продукции (ц/га); K_N - вынос азота в пересчете на 1 ц основной продукции (включая побочную), кг; Кр - коэффициент выхода растительных остатков по отношению к основной продукции; К_т - вынос азота 1 ц растительных остатков (кг); 0,6 - усредненный коэффициент выноса азота почвы по отношению ко всему выносу его растениями; 20 - коэффициент перевода азота в гумус.

Все необходимые исходные данные для использования в данной формуле можно найти в обычной справочной литературе для агрономов. Ежегодное восполнение гумуса за счет корневьи и пожнивных остатков в среднем составляет (т/га): зерновых культур -0,4-0,6, пропашных - 0,2-0,3, многолетних трав - 0,5-1,0.

Коэффициент гумификации представляет собой долю (или процентное содержание) углерода органических остатков, включив­шегося в гумусовые вещества почвы при полном их разложении. Коэффициент гумификации корневых и пожнивных остатков для зерновых культур и многолетних трав приравнивается к коэф­фициенту гумификации подстилочного навоза, а для пропашных культур - в 2 раза меньше. Коэффициент гумификации навоза составляет 20-25% при содержании сухого вещества 25-50%. Исходя из содержания сухого органического вещества в навозе и коэффи­циента гумификации, можно рассчитать потребность в навозе для поддержания бездефицитного баланса гумуса. Например, если со­держание сухого органического вещества в навозе 25%, а коэффици­ент гумификации - 0,2, то из 1 т удобрения образуется 50 кг гумуса.

Чем больше накапливается гумуса, тем большая его часть представлена «активным гумусом», способным к интенсивной минерализации и поэтому расходующимся на питание растений.

О жидаемый запас гумуса в почве за звено или полную ротацию севооборота определяют по формуле

где S, - запасы гумуса через t лет (т/га); S_o - исходные запасы гумуса (т/га); К_г - коэффициент гумификации свежих органических веществ в долях единицы (за единицу принимается А); А - количество поступающих в почву свежих органических веществ, т/га; г - время (годы), для которого рассчитывается запас гумуса; А"м - коэффициент минерализации гумуса в долях единицы.

Широко применяются и другие расчетные методы.

Д ля определения необходимого количества органических удобрений для достижения запланированного содержания гумуса в почве на определенном поле севооборота можно воспользоваться формулой:

где N - количество вносимых удобрений; ГС - запас гумуса в пахотном слое почвы, т/га; ГН - планируемый (оптимальный) запас гумуса в почве, т/га; d - коэффициент гумификации настительных остатков; М - минерализация гумуса, т/га в год; v - коэффициент гумификации органических удобрений; А - ежегодное количество пожнивно-корневых остатков, поступающих в почву, т/га; At -интервал времени, для которого составляется баланс, год.

Поскольку мероприятия по сохранению бездефицитного ба­ланса гумуса или созданию положительного баланса требуют значи­тельных затрат, важно достичь минимального уровня гумусирован-ности, при котором на данной почве возможно получение высоких урожаев. Эти величины составляют: для дерново-подзолистых почв 1,6-2,2%; для серых лесных - 2,8-3,0%; для черноземов - 4-5% и т.д.

Для определения общего объема накопления органических удобрений в хозяйстве можно принять следующие коэффициенты перевода их на стандартный навоз:

подстилочный навоз - 1,0;

бесподстилочный навоз (10% сухого вещества) - 0,25;

торфонавозные компосты (1 : 1) - 1,0;

солома — 2,2;

птичий помет - 1,4;

сапропель - 0,25;

дефекат - 0,25.

Для торфа и соломы коэффициент принят при условии ис­пользования их соответственно в составе торфонавозных компостов, торфяного и подстилочного навоза.

По данным длительных стационарных опытов рассчитана при­мерная потребность различных пахотных почв в органических удобрениях для поддержания бездефицитного баланса гумуса в почве полевого севооборота. Для дерново-подзолистой суглинистой почвы на 1 га севооборотной площади ежегодно требуется 10-12 т навоза, для супесчаной - 12-15 т. Если же на супесчаной почве запахивается на удобрение люпин или другая сидеральная культура, то по­требность в навозе для бездефицитного баланса гумуса снижается. Это зависит от количества запахиваемой массы и длительности севооборота. Коэффициент гумификации запахиваемой зеленой мас­сы в 2-2,5 раза меньше, чем подстилочного навоза. В севообороте без многолетних бобовых трав указанные дозы навоза нужно увеличить на 20-30%. С повышением насыщенности севооборота пропашными культурами также возрастает потребность в навозе для поддержания бездефицитного баланса гумуса. Важным источником органического вещества почвы является солома, запахиваемая на удобрение. Коэффициент гумификации соломы в 1,5 раза меньше, чем навоза.

На серых лесных почвах, выщелоченных и типичных черно­земах бездефицитный баланс гумуса достигается при внесении 6-10 т/га навоза в зависимости от состава культур севооборота. На черноземах степной зоны без орошения для этого необходимо внести 4—6 т/га навоза, а при орошении потребность в навозе возрастает в 2—3 раза. Во всех случаях сохраняется система минеральных удобрений в севообороте. Для положительного баланса гумуса в почве дозы навоза необходимо увеличить. Эти данные вполне можно использовать в практической деятельности при наличии освоенных типичных севооборотов для конкретной зоны.