CC BY
97
УДК 631.4
А.Б. Александрова, Д.В. Иванов, В.В. Маланин, Р.Р. Хасанов, А.А. Марасов, Э.Е. Паймикина, Э.Х. Рупова
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]
динамика содержания гумуса и его запасов в почвах республики татарстан
В статье приводится характеристика содержания гумуса и его запасов в основных типах почв Республики Татарстан в XIX-XXI вв. Выявлены статистически значимые различия содержания гумуса в естественных и используемых в сельском хозяйстве типах/подтипах почв региона. Гу-мусированность почв к началу XXI в. снизилась в 1.5-2 раза по сравнению с концом XIX в. Современные дерново-подзолистые и серые лесные почвы республики характеризуются слабой степенью деградации, светло- и темно-серые лесные, черноземы типичные и оподзоленные -средней степенью деградации.
Ключевые слова: гумус; почвы; Республика Татарстан.
Введение
Одним из актуальных направлений современной экологической концепции, базирующейся на сохранении устойчивости экосистем, является исследование зависимостей процессов стабилизации и дестабилизации органического вещества почв (Семенов и др., 2013).
Гумусовые вещества активно участвуют в биологическом выветривании минералов и разрушении горных пород, выходящих на дневную поверхность, тем самым играют важную роль в большом геологическом круговороте. Ежегодно в циклы биогеохимических превращений вовлекаются свежие растительные остатки, происходит непрерывный процесс образования гумусовых веществ, а также непрерывно идут процессы разложения. Гумусовые вещества выполняют множество функций в биосфере, одна из которых заключается в способности связывать токсичные элементы и соединения, негативно влияющие на окружающую среду (Орлов и др., 1996).
Содержание гумуса в верхнем горизонте почв -один из основных показателей плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения, по уменьшению которого можно судить о степени их деградации (Методические..., 1995). Запасы гумуса являются диагностическими показателями агроис-тощения и одним из параметров физической деградации почв. Уменьшение запасов гумуса на 10% от исходного состояния оценивается как очень слабая степень деградации земель, на 11-20% - 1 степень, 21-40% - 2 степень деградации земель (Методические..., 1995).
Первые сведения о содержании гумуса в почвах Волжско-Камского края приводятся в работе В.В. Докучаева «Русский чернозем» (1939). Изучая северную границу распространения чернозема (от Буинска до Казани), В.В. Докучаев отме-
чал, что мощность черноземов достигает здесь 60-75 см, а содержание гумуса - 9.5% (Буинск) и 6.8% (Кильдеево). Мощность чернозема Бугуль-минского уезда варьировала от 35 до 70 см. Черноземы Чистопольского уезда имели мощность 60 см при содержании гумуса 11.7% (Толкишка).
Особый интерес представляет картограмма содержания гумуса в почвах Казанской губернии, составленная В.В. Докучаевым в 1883 г. (рис. 1). Из картограммы следует, что 50% территории За-камья в конце XIX в. занимали почвы с содержанием гумуса 13-16%, на 30% территории - почвы с содержанием гумуса 10-13%. На половине территории Предволжья развивались почвы с содержанием гумуса 10-13% и 20% территории - 7-10%. В почвах Предкамья (в настоящее время территории Мама-дышского, Кукморского, Сабинского, Тюлячинско-го, Пестречинского районов) содержалось 7-10% гумуса. В северной части этого региона (территории современных Арского и Высокогорского районов Республики Татарстан [РТ]) содержание органического вещества достигало 4-7%, в Балтасинском, Атнинском районах - 2-4%. В поймах крупных рек (Волги и Камы) были закартированы почвы с содержанием гумуса 0.5-2%. Несмотря на некоторый элемент условности данной карты, она, тем не менее, может рассматриваться как базовый ориентир при сравнении с современной картиной распределения органического вещества в почвах республики.
Содержание гумуса и его запасов в различных типах пахотных почв РТ во второй половине ХХ в. изучалось М.А. Винокуровым (Винокуров и др., 1972) и А.В. Колосковой (Колоскова и др., 1985) (табл. 1). Согласно современным представлениям (Методические ..., 2003), по степени гумусирован-ности пахотные почвы, обследованные в период 1950-1977 гг., можно отнести к слабогумусирован-
ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ГУМУСА И ЕГО ЗАПАСОВ В ПОЧВАХ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
ным (дерново-подзолистые, светло-серые и серые лесные, черноземы среднесуглинистые всех подтипов), слабо- и среднегумусированным (темно-серые), сильногумусированным (черноземы тяжелосуглинистые всех подтипов).
Обобщая в целом немногочисленные литературные данные по содержанию гумуса и его запасов в почвах РТ, можно сказать, что они характеризуют преимущественно почвы сельскохозяйственных угодий, лишь частично касаясь описания гумусно-го состояния отдельных типов естественных почв (Газизуллин, 2005). В ряде опубликованных работ имеют место классификационные неточности, связанные с различием научных взглядов в области систематики почв, а также отсутствием общепринятой классификационной схемы до 1977 г. Например, коричнево-серые почвы, часто выделяемые авторами как почвенный тип, согласно «Классификации и диагностике почв СССР» (1977) следует относить к роду пестроцветных типа серых лесных почв.
Состояние земельного фонда, соотношение пахотных и естественных почв, а также уровень лесистости на современной территории РТ претерпели значительные изменения за последние 150 лет. В этой связи в настоящей работе нами была предпринята попытка пространственно-временного анализа изменения содержания гумуса в почвах РТ с учетом современных классификационных представлений.
объекты и методы исследования
Объектами исследования являлись естественные типы почв РТ и их пахотные аналоги. Полевые ис-
следования почв выполнены в 2009-2014 гг. Типовая характеристика почв дана согласно классификации 1977 года. В отобранных образцах из 1262 разрезов определяли содержание органического вещества и объемный вес. Оценку содержания гумуса и его запасов в естественных почвах проводили по критериям, предложенным Д.С. Орловым и др. (1986). Степень деградации пахотных почв оценивали по степени гумусированности и запасам гумуса в пахотном горизонте (Методические рекомендации ..., 1995; Методические указания ., 2003).
результаты и их обсуждение
Анализ данных содержания гумуса в основных типах и подтипах почв РТ показал, что оно варьирует в широких пределах (табл. 2). Среднее содержание гумуса в верхнем горизонте естественных почв меняется от 3.8% до 9.8%, пахотных - от 1.8% до 8.4%. Пахотные дерново-подзолистые, светло-серые, серые лесные, а также естественные аллювиальные дерновые и пахотные аллювиальные луговые почвы характеризуются низким содержанием гумуса. Естественные дерново-подзолистые, светло-серые, серые лесные почвы и пахотные дерново-карбонатные, аллювиальные луговые, аллювиальные дерновые почвы по содержанию гумуса относятся к категории со средним содержанием органического вещества. Естественные и пахотные черноземы и лугово-черноземные почвы, естественные темно-серые и дерново-карбонатные почвы отличаются высоким содержанием гумуса.
Почвы Содержание гумуса, % Запасы гумуса в слое 0-20 см, т/га п
Дерново-подзолистые (песчаные, легкосуглинистые) 0.9-2.3 22-57 1355
Светло-серые лесные (от легкосуглинистых до тяжелосуглинистых) 1.2-3.1 32-77 2150
Серые лесные (средне- и тяжелосуглинистые) 2.4-4.5 58-94 829
Темно-серые лесные (средне- и тяжелосуглинистые) 4.9-5.9 103-116 268
Коричнево-светло-серые (от легкосуглинистых до тяжелосуглинистых) 1.1-2.9 26-81 539
Коричнево-серые (средне и тяжелосуглинистые) 2.1-5.2 44-94 468
Коричнево-темно-серые тяжелосуглинистые 5.2 106 22
Дерново-карбонатные типичные 2.8-4.1 67-79 121
Дерново-карбонатные выщелоченные 2.5-4.6 67-88 237
Черноземы оподзоленные среднесуглинистые и тяжелосуглинистые 5-10 110-200 332
Черноземы выщелоченные среднесуглинистые и тяжелосуглинистые 4.4-10 106-200 1058
Черноземы типичные 4.4-10.3 97-208 972
Таблица 1. Содержание и запасы гумуса в пахотном горизонте почв Татарской АССР (по материалам обследования 1950-1977 гг.) (Винокуров и др., 1972; Колоскова и др., 1985)
14
российский журнал приютной экологии
Высокая вариабельность содержания гумуса ными фитоценозами: хвойными, хвойно-широко-
(У>30%) характерна для естественных зональных лиственными, широколиственными с хорошо или
почв с дифференцированным профилем и почв менее выраженным напочвенным покровом, что
азонального ряда. Это объясняется развитием де- обусловливает различие условий в накоплении
рново-подзолистых и серых лесных почв под раз- органического вещества (табл. 2).
Таблица 2. Вариационно-статистические показатели содержания гумуса (%, над чертой) и его запасов в слое 0-20 см (т/га, под чертой) в основных типах/подтипах почв РТ
Типы/подтипы почв Горизонт n M m Me с V,% min max
Дерново-подзолистые А1 71 4.2 44.2 0.3 3.8 3.7 36.9 2.7 31.8 64 72 0.7 25.0 14.0 145
Апах 4 1.8 45.4 0.5 11.6 1.6 38.2 1.0 23.1 54 51 1.1 26.3 3.2 79
Светло-серые лесные А1 18 5.9 75.5 0.5 8.8 5.9 64.0 2.1 37.5 36 50 2.7 29.7 10.0 171
Апах 13 2.2 50.8 0.1 2.9 2.3 52.0 0.4 10.4 17 20 1.4 28.0 2.7 63.3
Серые лесные А1 91 5.9 100.9 0.3 5.5 5.4 93.6 2.6 52.6 44 52 1.7 4.9 11.8 336.6
Апах 207 3.3 81.6 0.1 2.9 3.1 74.4 1.5 41.6 44 51 0.7 80.0 10.2 267.0
Темно-серые лесные А1 82 6.9 182.9 0.3 9.6 6.5 167.3 2.7 87.3 39 48 4.1 28.3 12.6 476.0
Апах 161 5.6 126.5 0.2 4.3 5.6 121.2 2.2 54.0 38 43 1.1 20.4 13.4 301.2
Черноземы типичные А1 28 7.4 184.7 0.5 21 7.3 181.5 2.8 111.1 38 60 5.6 173 13.2 461.3
Апах 84 7.4 161.0 0.2 7.5 7.4 154.3 2.1 69.2 28 43 4.6 238 12.8 477.2
черноземы выщелоченные А1 17 7.9 272.3 0.5 29.6 7.7 261.9 2.1 121.9 26 45 4.2 46.3 11.2 492.8
Апах 126 7.8 221.4 0.1 8.3 7.8 187.2 1.6 92.8 21 42 4.4 88 13.0 535.0
черноземы оподзоленные А1 5 9.8 209.0 1.2 34.4 10.8 175.6 2.6 76.9 27 37 5.6 140.0 12.3 307.5
Апах 14 6.5 150.2 0.5 10.6 6.9 153.5 1.8 39.7 27 26 4.8 44.5 8.3 216.0
Дерново-карбонатные типичные А1 28 6.5 100.0 0.7 15.9 4.9 72.5 3.9 85.6 61 86 2.5 70.0 15.7 383.4
Апах 55 5.9 107.4 0.3 6.1 6.1 108.0 2.2 44.9 37 42 2.0 21.0 10.9 218.0
Дерново-карбонатные выщелоченные А1 35 7.4 175.7 0.6 18.0 7.4 165.0 3.3 106.5 44 61 1.2 80.0 16.2 499.5
Апах 56 4.9 103.4 0.3 6.0 4.4 101.4 2.3 44.6 47 43 1.9 37.2 9.8 237.2
Дерново-карбонатные оподзоленные А1 5 7.4 104.8 1.4 21.9 9.5 104.0 3.1 49.1 41 47 3.8 49.4 10.0 181.5
Аллювиальные дерновые А1 75 3.8 76.6 0.2 6.9 3.7 57.0 2.0 60.0 53 78 0.4 7.0 8.6 265.2
Апах 5 4.7 137.6 0.5 15.9 4.4 124.0 1.2 35.5 26 26 3.3 108.9 6.2 196.0
Аллювиальные луговые А1 50 5.3 120.5 0.6 17.2 4.3 82.2 4.1 121.8 78 101 0.2 26.0 25.7 508.3
Апах 10 3.9 126.7 1.0 40.8 3.1 72.8 3.3 128.9 84 102 1.0 20.0 9.7 407.2
Лугово-черноземные А1 8 7.9 255.5 1.1 49.5 8.1 185.5 3.2 140.1 41 55 3.9 109.2 13.2 473.2
Апах 4 8.4 127.7 0.7 18.3 8.7 123.4 1.3 36.6 16 29 6.6 91.3 9.6 172.8
Примечание: n - количество образцов, М - среднее арифметическое, m - ошибка среднего, Me - медиана, с -стандартное отклонение, V - коэффициент вариации, min - минимум, max - максимум.
ДИНАМИКА СОДЕРжАНИЯ ГУМУСА И ЕГО ЗАПАСОВ В ПОЧВАХ РЕСПУБлИКИ ТАТАРСТАН
Обнаружены статистически значимые различия (р<0.05) содержания гумуса в естественных и агропочвах изученных типов/подтипов зональных и азональных почв РТ, за исключением почв черноземного ряда. Разница в содержании гумуса в пахотном горизонте дерново-подзолистых и серых лесных почв, и их естественных аналогов составляет от 0.6% до 3.7%. Потери гумуса варьируют от 9% до 62%.
Припахивание нижележащих, обедненных гумусом горизонтов обусловливает значительное падение содержания гумуса в пахотных дерново-подзолистых почвах на 56%, светло-серых - на 62%, серых - на 44%, темно-серых - на 18% по сравнению с целинными аналогами.
Ранее Н.Б. Бакировым (2009) было отмечено снижение гумуса в пахотных темно-серых лесных почвах за 26 лет на 20.7%, в черноземах выщелоченных за 16 лет - 7%, черноземах типичных за 19 лет - 8.6%. Установлено снижение содержания гумуса в пахотных подтипах черноземов в результате их интенсивного сельскохозяйственного использования на 10-20% по сравнению с данными предыдущего агрохимического обследования (Бакиров, 2009; Копосов, Бакиров, 2004).
При этом статистически значимых различий содержания гумуса в подтипах агрочерноземов по сравнению с их естественными аналогами нами не было выявлено. Это объясняется тем, что черноземы отличает высокое потенциальное плодородие, которое, главным образом, определяется их генетическими особенностями и свойствами. Согласно исследованиям Н.А. Караевой и др. (2009), некоторые свойства черноземов не могут быть нарушены пахотой или изменяются лишь частично. К ним относятся устойчивые формы связи гуминовых кислот и глинистого компонента почв, неглубокое залегание карбонатов и их активная внутрипрофильная миграция, сохранение водопрочной микроструктуры, что обусловливает сохранение природного плодородия.
Сравнительный анализ разновременных карт показывает, что гумусированность почв (естественных и пахотных в совокупности) РТ к началу XXI в. снизилась примерно в 1.5-2 раза по отношению к концу XIX в. (рис. 1). Это касается всех природных зон с соответствующими им подтипами почв зонального и азонального ряда: от дерново-подзолистых и серых лесных Предкамья до темно-серых и черноземов Предволжья и Закамья.
Рис. Сравнение содержания гумуса в почвах РТ в конце XIX в (Колоскова и др., 1985) и начале XXI в.
Наряду с содержанием гумуса в почвах, не менее важен показатель его запасов, поскольку органическое вещество определяет потенциальное плодородие почв, их энергетический потенциал и экологическую устойчивость. Согласно критериям гумусного состояния почв, рекомендованным Д.С. Орловым и др. (1986), запасы гумуса в типах/ подтипах естественных почв РТ на период обследования (2009-2014) варьируют в широких пределах. Естественные дерново-подзолистые, светло-серые, аллювиальные дерновые почвы характеризуются низкими показателями запасов гумуса в слое 0-20 см (50-100 т/га); серые лесные, дерново-карбонатные типичные и оподзоленные, аллювиальные луговые - средними (100-150 т/га); темно-серые, черноземы типичные - высокими (150-200 т/га); черноземы выщелоченные и оподзоленные, лугово-черноземные - очень высокими (более 200 т/га).
В соответствии с критериями (Методические указания..., 2003), современные пахотные почвы РТ по содержанию гумуса можно охарактеризовать как слабогумусированные (светло-серые, серые лесные, черноземы) и среднегумусированные (дерново-подзолистые, темно-серые лесные). По сравнению с данными обследования 1950-1977 гг. запасы гумуса в пахотных почвах уменьшились: в дерново-подзолистых на 23%, светло-серых на 34%, серых лесных - 13%, темно-серых лесных - 31%, черноземах типичных - 23%, черноземах оподзо-ленных - 25%. Таким образом, к первой (слабой) степени деградации следует отнести пахотные дерново-подзолистые и серые лесные почвы, второй (средней) степени деградации - светло- и темно-серые лесные, черноземы типичные и оподзоленные (Методические рекомендации., 1995).
заключение
Среднее содержание гумуса в основных типах/ подтипах естественных почв РТ в начале XXI в. варьирует от 3.8% до 9.8%, в пахотных - от 1.8% до 7.8%. Средние запасы гумуса в слое 0-20 см естественных типов почв составляют 44.2-272.3 т/га, пахотных -45.4-221.4 т/га. Гумусированность почв республики за последние 130 лет снизилась в 1.5-2 раза, что обусловлено процессами их деградации в результате сельскохозяйственной деятельности. Основная доля пахотных почв РТ характеризуется слабой гумуси-рованностью, что связано с отрицательным балансом гумуса в земледелии. Наибольшим уровнем деградации отличаются почвы лесостепной зоны (серые лесные и черноземы): уровень их плодородия и, соответственно, средообразующие экологические функции, поддерживаются в настоящее время за счет сравнительно высоких потенциальных запасов гумуса, сосредоточенных в органогенных горизонтах.
список литературы
1. Бакиров Н.Б. Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья: Автореф. дис. ... докт. с.-х. наук. Киров, 2009. 45 с.
2. Винокуров М.А., Колоскова А.В., Сперанская Г.И., Шакиров К.Ш. Гумус почв Волжско-Камской лесостепи и его роль в плодородии. Казань: Изд-во КГУ, 1972. 132 с.
3. Газизуллин А.Х. Почвенно-экологические условия формирования лесов Среднего Поволжья. Т. 1: Почвы лесов Среднего Поволжья, их генезис, систематика и лесорасти-тельные свойства. Казань: РИЦ Школа, 2005. 496 с.
4. Докучаев В.В. Русский чернозем. М.- Л.: Сельхозгиз, 1939. 551 с.
5. Караваева Н.А., Денисенко Е.А. Постагрогенные миг-рационно-мицелярные черноземы разновозрастных залежей южной лесостепи ЕТР // Почвоведение. 2009. № 10. С.1165-1176.
6. Классификация и диагностика почв СССР М.: Колос, 1977. 223 с.
7. Колоскова А.В., Гилязова С.М., Сакаева А.Х. Гумусное состояние почв Волжско-Камской лесостепи. Казань: Изд-во КГУ, 1985. 140 с.
8. Копосов Г.Ф., Бакиров Н.Б. Черноземы Республики Татарстан. Казань: Изд-во Казанского университета, 2004. 108 с.
9. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ Росинформагротех, 2003. 240 с.
10. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. М., 1995.
11. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. 256 с.
12. Орлов Д.С., Мотузова Г.В., Малинина М.С. Методические указания по обработке и интерпретации результатов химического анализа почв. М.: Изд-во МГУ, 1986. 109 с.
13. Семенов В.М., Когут Б.М. И.В. Тюрин и актуальные направления развития учения об органическом веществе // Наследие И.В. Тюрина в современных исследованиях в почвоведении / Матер. междунар. научной конф. Казань: Изд-во «Отечество», 2013. С. 9-15.
A.B. Alexandrova, D.V. Ivanov, V.V. Malanin, R.R. Khasanov, A.A. Marasov, E.E. Paymikina, E.H. Rupova. Dynamics of humus content and its reserves in the soils of the Republic of Tatarstan
The article presents the characteristics of humus content and its reserves in the main types of soils of the Republic of Tatarstan in XIX-XXI centuries. Statistically significant differences in humus content in natural and used in agriculture types / subtypes of soils in the region are revealed. Humus content of soils at the beginning of the XXI century has decreased by 1.5-2 times compared to the end of the XIX century. Modern sod-podzolic and gray forest soils of the republic are characterized by low degree of degradation, light and dark gray forest soils, typical and podzolized chernozems - by average degree of degradation.
Keywords: humus; soil; Republic of Tatarstan.
