Распределение гумуса и минералов по гранулометрическим фракциям в основных типах почв Ростовской области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.27, кандидат биологических наук Кузнецов, Роман Владимирович

• Кузнецов, Роман Владимирович
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Кузнецов, Роман Владимирович

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Взаимосвязь органического и минерального вещества в почвах

1.1.1 Взаимодействие тонкодисперсных минеральных компонентов и гумусовых веществ как основной фактор формирования почвенных 7 свойств

1.1.2 Существование тонкодисперсных алюмосиликатов и гумусовых 14 веществ в почве как единого целого глино-металл-органического 17 комплекса

1.2 Органическое вещество и плодородие почв

1.2.1 Особенности трансформации различных компонентов 22 органического вещества

1.2.2 Биологическая активность почвы - устойчивый показатель ее 26 биогенности

1.3.1 Влияние сельскохозяйственного использования на рганическое 30 вещество почвы

1.3.2 Влияние агротехнических приемов на плодородие почвы

Глава 2.

2.1 Объекты и методика исследований

2.2 Условия почвообразования

2.2.1 Геология и геоморфология

2.2.2 Почвообразующие породы

2.2.3 Климат

2.2.4 Растительность

2.3 Морфолого-генетическая и физико-химическая характеристика почв

2.3.1 Черноземы южные

2.3.2 Черноземы обыкновенные карбонатные (предкавказские)

2.3.3 Каштановые почвы

2.3.4 Солонцы

Глава 3.

3.1 Распределение гумуса по гранулометрическим фракциям основных типов почв России

3.1.1 Распределение гумуса по гранулометрическим фракциям чернозема южного

3.1.2 Распределение гумуса по гранулометрическим фракциям чернозема обыкновенного карбонатного

3.1.3 Распределение гумуса по гранулометрическим фракциям почв каштаново-солонцового комплекса

3.2 Неоднозначность показателя «содержание гумуса на 100 г почвы» как функции двух переменных

Глава 4.

4.1 Минералогическая характеристика почв

4.1.1 Состав и закономерности распределения минералов мелкопылеватой фракции

4.1.2 Состав и закономерности распределения минералов илистой фракции 107 Основные выводы 128 Список использованной литературы 130 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Распределение гумуса и минералов по гранулометрическим фракциям в основных типах почв Ростовской области»

В свете развития сельскохозяйственного производства и усиления антропогенного воздействия на почву проблема изменения органо-минерального состояния пахотных почв имеет первостепенное значение. Знание и понимание путей трансформации гумуса и минералов позволит правильно оценить и выявить направленность процессов, имеющих место в пахотных почвах.

Органо-минеральное вещество почвы всегда вызывало пристальное внимание ученых-почвоведов всего мира и к настоящему времени изучено довольно подробно. Интерес к изучению органической части почвы и, в первую очередь, гумусовых веществ обусловлен их значением для свойств почв и плодородия. Гумус играет важную роль в формировании водопрочной структуры, от которой зависят водный, воздушный, биологический режимы почв, их противоэрозионная устойчивость.

Вместе с тем гумус является главным источником азота, углекислоты, отчасти фосфора и калия. В 100 граммах гумуса содержится 3-4% азота, 0,51,5% Р2О5, 1,5-2,0 К20. От содержания гумуса, его состава и запасов зависят практически все агрономически ценные свойства почв (Алешин, Шаймухамедов, 1962).

В последнее время вопрос изучения гумусовых веществ в связи с массовой потерей гумуса пахотными почвами на территории как России, так и стран СНГ, приобретает особое значение. По обобщенным данным ВАСХНИЛ, потери гумуса за период 1975-1995гг. были следующими: в Нечерноземной зоне - 0,5 % (абсолютные величины от массы почвы), в Центральночерноземном районе - 0,15 %, на Северном Кавказе - 0,4 %, в Восточной Сибири и Дальнем Востоке - 0,5 %. По сравнению с материалами В.В. Докучаева (1883), гумусированность черноземов ЦЧР снизилась почти вдвое -от 10-14 % до 7-10 % (Макунина, 1989).

Данная проблема достаточно актуальна и для Ростовской области: по обобщенным данным, ежегодные потери гумуса черноземами типичными составляют 2,2-3,0 т/га, черноземами южными - 0,56 т/га. Черноземы южные характкризуются высокими потерями гумуса (Орлов, Бирюкова, 1996; Караваева, Герасимова, 1997).

Явление потери гумуса почвами, уменьшения его запасов грозит катастрофическими последствиями: по данным Д.С. Орлова и О.Н. Бирюковой (1996), при существующих темпах потерь уже в 2025 году в некоторых почвах вообще не останется гумуса. В связи с этим вопросы распределения гумуса и минералов по гранулометрическим фракциям, его качественного состава в них, а также изучение механизма закрепления гумусовых веществ в почве в виде органо-минеральных соединений представляет особый интерес как для России, так и для Ростовской области.

Цель и задачи исследований. Изучить распределение органического и минерального вещества в гранулометрических фракциях основных типов почв Ростовской области при различных антропогенных нагрузках.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: определить содержание гумуса и глинистых минералов в гранулометрических фракциях исследуемых почв;

- оценить взаимосвязь гумуса и глинистых минералов в почве и по гранулометрическим фракциям;

- изучить профильное распределение органо-минеральной части почвы;

- оценить влияние антропогенных факторов на гумус-минералогические отношения.

Положения выносимые на защиту: 1. Сопряженное изучение в почвах минералов и гумуса определяется высоким их сродством. Практически 80 - 95% гумуса и глинистых минералов функционально связаны во фракциях физической глины как глино-металло-органические комплексы.

2. В результате антропогенного воздействия на черноземы и почвы каштаново-солонцеватого комплекса разрушаются преимущественно средне- и крупнопылеватые гранулометрические фракции.

3. Процесс разрушения средне- и крупнопылеватых гранулометрических фракций сопровождается изменением иловатости/пылеватости физической глины, ее фульватизацией и смектизацией.

4. При орошении черноземов и каштановых почв Ростовской области отмечается гидрослюдизация почти всей почвенной толщи, как отражение интенсивного выветривания первичных минералов и трансформации смектитовой фазы в гидрослюдистую.

Научная новизна исследований. Впервые для почв Ростовской области проведено совместное изучение органической и минеральной части в гранулометрических фракциях в системе: целина - богара - орошение.

Практическая значимость исследований. Результаты исследования в перспективе могут быть использованы в практике сельскохозяйственного производства Ростовской области при составлении мероприятий по сохранению и повышению плодородия почв.

Заключение диссертации по теме «Почвоведение», Кузнецов, Роман Владимирович

Выводы

1. Анализ банка данных распределения гумуса и минералов по гранулометрическим фракциям в основных типах и подтипах почв Нижнего Дона показал, что наблюдается зависимость показателя «содержание гумуса на 100 г почвы» (у) от двух переменных - от концентрации гумуса в физической глине (х) и соотношения в почве физического песка : ила : пыли (k]/k2): у = f (X, k|/k2) - функция двух переменных. В перспективе это открывает путь к математическому моделированию оценки взаимосвязи гумусированности разновидностей почв с учетом соотношения в них гранулометрических фракций.

2. В исследуемых почвах выявлены некоторые общие тенденции и закономерности: а) максимальное закрепление гумуса связано с мелкой пылю и илом. Причем в мелкой пыли его в 1,2 - 1,6 раза больше, чем в илистой фракции. Параллельно с этим меняется и состав глинистых минералов фракций. В мелкой и средней пыли существенно преобладают гидрослюды, тогда как в илистой - смектитовая фаза; б) сопряжено с изменением состава глинистых минералов иловато-пылеватых фракций изменяется и групповой состав гумуса: фульватный гумус имеет сродство со смектитовой фазой, тогда как гуматный гумус больше коррелирует с распределением гидрослюд. В связи с этим необходимо учитывать отношение (k|/k2) ила и пыли в физической глине; в) для верхних горизонтов исследуемых почв вклад в гумусность почвы илистой и пылеватых фракций физической глины приблизительно равен друг другу. Вниз по профилю одновременно увеличивается доля ила в физической глине и ее вклад в гумусированность почвы (60-90 %). При этом общее содержание гумуса уменьшается;

3. В результате антропогенной нагрузки на почвы наблюдаются следующие изменения и тенденции: а) отмечается дегумификация пахотных черноземов по сравнению с целинным участком, наблюдается потеря гумуса фракциями средней и, в некоторых случаях мелкой пыли, при одновременном увеличении содержания гумуса илистой фракции окультуренных почв в сравнении с целиной; б) негативные изменения претерпевает качественный состав гумуса - во всех образцах окультуренных черноземов он изменяется в сторону усиления фульватности; в) отмеченные изменения отрицательно сказываются на физико-химических свойствах и плодородии исследуемых почв; г) проявляется течение процесса гидрослюдизация<-»смектизация.

4. Результаты по абсолютному содержанию и дифференциации глинистого и органического вещества указывают на преимущественно метаморфическое, опережающее верхние горизонты, преобразование средней и нижней частей черноземного профиля.

5. Предпочтительнее, считать профильную дифференциацию глинистого вещества как отражение различий водно-теплового и газового режимов. Это обуславливает, в свою очередь, текстурное, опережающее преобразование средней части профиля. С этим связано абсолютное увеличение в составе фракции ила горизонтов АВ|, АВ2 гидрослюд, а вслед за ними и смектитовой фазы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Кузнецов, Роман Владимирович, 2004 год

1. Абрамян С.А. Изменение ферментативной активности почвы под влиянием естественных и антропогенных факторов // Почвоведение, 1992, № 7, с.70-82.

2. Агроклиматический справочник по Ростовской области. 1963.

3. Адерихин П.Г., Беляев А.Б. Химический состав механических фракций черноземов центральных областей // Почвоведение. 1974. № 4. С. 100 -110.

4. Адерихин П.Г., Шевченко Г.А. Гумус южных и обыкновенных черноземов ЦЧО и изменение его в условиях сельскохозяйственного производства // Труды ВГУ, 1968, Т. 65, Вып.1, с. 67-80.

5. Александрова JT.H. К характеристике органической и минеральной части почвенных коллоидов // Учен. зап. Ленингр. ун-та. Сер. геол.-почв, наук, 1944, №71, с. 35-52.

6. Александрова Л.Н. Гумусовые вещества почвы // Зап. Ленигр. с/х инта, 1970, т. 142, с. 47-49.

7. Александрова Л.Н. Современные представления о природе гумусовых веществ и их органо-минеральных производных // Проблемы почвоведения, М. : Изд-во АН СССР, 1962., с.77-100.

8. Александрова Л.Н. Процессы взаимодействия гуминовых веществ с минеральной частью почвы // Почвоведение, 1954а, № 9, с. 23-34.

9. Александрова Л.Н. Вероятные пути образования двухкомпонентной системы гумусовых веществ в почве // Химия, генезис и картография почв. М.: Наука, 1968. с.78-83.

10. Александрова Л.Н. Некоторые дискуссионные вопросы механизма гумификации органических остатков в почве // Зап. Ленингр. с/х ин-та; 1975, т. 269, с. 43-51.

11. Александрова JI.H. О механизме образования гумусовых веществ и процесса превращения их в почве // Гумус и биологическая аккумуляция элементов в почве. Зап. ЛСХИ, 1966, т. 105, вып.1, с. 3-18.

12. Александрова Л.Н. О природе и свойствах продуктов взаимодействия гуминовых кислот и гуматов с полутораокисями // Почвоведение; 19546, № 1, с. 37-42.

13. Александрова Л.Н. О природе перегноя // Зап. Ленингр. с/х ин-та, 1955, вып. 9, с. 42-54.

14. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации, Л.: Наука, 1980, 287 с.

15. Александрова Л.Н. Органо-минеральные соединения и органо-ми-неральные коллоиды в почве // Доклады сов. почвоведов к VII между нар. конгр. почвоведов в США, М.: Изд-во АН СССР, 1960, с. 144-172.

16. Александрова Л.Н. Органо-минеральные производные гумусовых кислот и методы их изучения // Почвоведение, 1967. № 7, с. 34-44.

17. Александрова Л.Н., Юрлова О.В., Лобицкая Л. В. Распределение и состав веществ и их органо-минеральных производных в гранулометрических фракциях некоторых типов почв // Зап. ленингр. с-х ин-та, 1970, Т. 142, с. 112-120.

18. Александрова Л.Н., Дорфман Э.М., Юрлова О.В. Органо-минеральные производные гумусовых веществ в почве // Гумусовые вещества почвы. Л: зап. Ленингр. с/х ин-та., 1970, т. 142, с. 53-76.

19. Александрова Л.Н., Надь М.О. О природе органо-минеральных коллоидов и методах их изучения // Почвоведение, 1956, № 10, с. 75-63.

20. Александрова Л.Н., Назарова А. В. Гетерогенность гуминовых кислот и ее происхождение // Проблемы почвоведения: Сов. почвоведы к XII междунар. конгр. почвоведов в Канаде, М.: Изд-во АН СССР, 1978, с.48-52.

21. Александрова Л.Н., Найденова О. А. Состав и природа гумусовых веществ почвы// Гумусовые вещества почвы // Зап. Ленингр. с-х ин-та,1970, т. 142, с. 73-65.

22. Александрова JI.H., Фомин Ю.И. О механизме взаимодействия глинистых минералов с гуминовыми кислотами и продуктами разложения растительных остатков // Зап. Ленингр. с-х ин-та, 1972, т. 165, вып. 2, с. 45-54.

23. Александрова Л.Н., Зверева Т.С., Фомин Ю.И. О формировании органо-минеральных коллоидов, М.: Наука, 1974, т. 2, 340 с.

24. Алешин С. И., Шаймухамедов Н.Ш. О природе поглощения органического вещества почвой // Изв. ТСХА, 1962, вып. 2, с.34-44.

25. Алещенко М.Г. Минералогический и химический состав илистой фракции предкавказских карбонатных черноземов. // Вестник МГУ. 1973. № 1.С. 113-115.

26. Алещенко М.Г. Некоторые физические и физико-химические свойства предкавказских карбонатных черноземов и их гранулометрических фракций // Вестник Моск. ун-та. Сер. Биология, почвоведение. 1972. № 3. С. 119-121.

27. Андреева И.М. О процессах превращения воднорастворимых гумусовых веществ // Гумус и биологическая аккумуляция элементов в почве. Зап. ЛСХИ, 1956, т. 105, вып.1, с.30-37.

28. Антипов-Каратаев И.Н., Келлерман В.В.: Хан Д.В. О почвенном агрегате и методах его исследования. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1948, 82 с.

29. Асланов Н.Н., Рыжов С.Н. Состав и свойства фракций механических элементов сероземов // Изд-во "Фан" Узбекской ССР, Ташкент, 1969. С. 43 52.

30. Афанасьева Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. М.: Изд-во АН СССР, 1966, 218 с.

31. Ахтырцев Б.П., Адерихин П.Г., Ахтырцев В.П. Лугово-черноземные почвы центральных областей Русской равнины // Воронеж: изд-во Воронеж, ун-та, 1981, 174 с.

32. Ахтырцев Б.П. Серые лесные почвы центральной России // Воронеж:изд-во Воронеж, ун-та, 1979, 232 с.

33. Ахтырцев Б.П., Яблонских Н.А. Влияние некоторых факторов гумусообразования на гумусовое состояние пойменных почв // Сб.: Пойменные почвы Окско-Донской равнины и их изменение при сельскохозяйственном использовании. Воронеж. 1993. С. 155 170.

34. Ахтырцев Б.П., Яблонских Н.А. Зависимость состава гумуса от гранулометрического состава в почвах лесостепи // Почвоведение. 1986. № 7. С. 114- 121.

35. Базилинская М.В. Воднорастворимые органические вещества и их роль в выветривании и почвообразовании //Итоги науки и техники. Почвоведение и агрохимия, т. 1, М., 1074, с.70-116.

36. Балаш Л.П. Растительность Дона. 1955. 151с.

37. Барыкова Ю.Н., Никитина З.И. Свободные аминокислоты почв и их влияние на микроорганизмы // Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур. Материалы к республиканской конференции 6-7 июня 1978г. Вильнюс, 1978, с. 38-39.

38. Безуглова О.С. Гумус черноземов и каштановых почв Ростовской области в связи с их бонитировкой // Автореферат диссертации, М.: 1980, 25 с.

39. Безуглова О.С. Гумусное состояние черноземно-степных и каштановых почв южной России. Дисс. .доктора биолог, наук. Ростов/Дону, 1994, 322с.

40. Безуглова О.С., Ерыженская В.П., Морозов И.В., Янова Е.В. Содержание и распределение углеводов в почвах Ростовской области //Биологические науки. 1990, № 12, с. 134-143.

41. Безуглова О.С., Звягинцева З.В., Горяинова Н.В. Потеря гумуса в почвах Ростовской области // Почвоведение. 1995, № 2, с. 75-183.

42. Бельчикова Н.П. Некоторые закономерности содержания, состава гумуса и свойств гуминовых кислот в главнейших группах почв Союза ССР // Тр. Почв, ин-та им. Докучаева, 1951, т. 38.

43. Вальков В.Ф., Клименко Г.Г., Крыщенко B.C. Сравнительная характеристика южного и обыкновенного черноземов Ростовской области // Почвоведение, 1980, № 10, с. 5-14.

44. Вальков В.Ф., Крыщенко B.C. Дифференциация почвенной массы в генетических горизонтах черноземов // Почвоведение. 1981. № 12. С. 118125.

45. Ведянина Н.С., Мамина Г.А. Биологическая активность почвы и урожайность сельскохозяйственных растений в полях севооборота // Микробиологические и биохимические исследования почв. Материалы конференций 1969г., Киев: Урожай, 1971, с. 66-68.

46. Вигутова А.Я., Рязанова Э.Ф., Крыщенко B.C. Изменение активной части предкавказских черноземов при орошении // Сб.: Пути интенсификации орошаемых земель Северного Кавказа. Ставрополь. 1983. С. 25 -28.

47. Виземюллер В. О коррелятивной зависимости между биологической активностью и качеством гумуса в почвах при длительном применении удобрений // Научные доклады Высшей школы. Био. Науки, 1968, №5. с. 139-144.

48. Винокуров М.А., Корнилова A.M. Химический состав механических фракций светло-серой лесной почвы и выщелоченного чернозема и изменение его под влиянием окультуривания // Почвоведение. 1972. № 8. С. 30- 37.

49. Воронин А.Д. Некоторые свойства фракций механических элементов комплекса почв светло-каштановой подзоны // Вестник Моск. ун-та. Сер. Биология, почвоведение, геология, география. 1958. № 4. С. 93 100.

50. Воронин А.Д., Манучаров А.С., Максимова Н.А. Минералогический и химический состав фракций механических элементов почв темно-каштановой подзоны // Почвоведение. 1972. № 8. С. 25 35.

51. Гаврилюк Ф.Я. Почвенные районы Нижнего Дона // Почвенное районирование СССР, М.: изд-во МГУ, вып. 1, 1960, с. 35-54.

52. Гаврилюк Ф.Я. Черноземы Западного Предкавказья. Харьков, 1955, 148с.

53. Гаврилюк Ф.Я., Безуглова О.С. Особенности гумусообразования и качественный состав гумуса // Научные основы рационального использования и повышения производительности почв Северного Кавказа. Ростов-на-Дону, 1983, с.74-89.

54. Гамзикова О.И. О влиянии сельскохозяйственных растений на ферментативную активность почвы // Сборник докладов симпозиума по ферментам почвы 27-30 июня 1987 года. Минск: Наука и техника, 1968, с.327-333.

55. Гамзиков Г.П.,Кулагина М.Н. Влияние длительного систематического применения удобрений на органическое вещество почв // Почвоведение. 1990, № 11, с. 57-67.

56. Ганенко В.П. Гумус почв Молдовы и его трансформация под влиянием удобрений. Кишенев: Штиинца, 1991, 130 с.

57. Ганжара Н.Ф. О гумусообразовании в почвах черноземного типа // Почвоведение. 1974, № 7, с. 39-43.

58. Гапоненко Т.К., Ногуманова С.Т. О химическом составе многолетних и однолетних бобовых и злаковых растений // Агрохимия. 1969, № 10, с.64-66.

59. Глазовская М.А. Фоссилизационные функции педасферы в континентальных циклах органического углерода // Почвоведение, 1997, № 3, с. 260-289.61.