Формирование физико-химических свойств пахотных почв лесостепи центрального Черноземья и пути (стр. 4 из 11)
Кислотная природа гумусовых веществ предопределяет их взаимодействие с минеральной частью почвы и возможность закрепления в почве (50 - 80 %). Количество органического вещества зависит от степени дисперсности минеральных частиц, а основное количество гумусовых веществ (Г, %) сосредоточено в глинистой фракции (Фг%,< 0.01 мм) (Тюлин, 1958; Кобцева, 2008). При этом энтропийный эффект может быть определяющим фактором взаимодействия глинистых минералов с органическими молекулами (Parfitt, Fraser, Farmer, 1977).
При использовании в качестве основы оценки средневзвешенных величин содержания гумуса двухкомпонентного параметра ln(Фг)ln(рНKCL) установлено, что для исследуемых почв на основной территории области этот комплексный фактор на 77 % определяет средние уровни содержания гумуса:
Г(%)=1,39·ln(Фг)ln(рНKCL) – 4,4 , r=0,88.
Повышение увлажнения территорий в сочетании с облегчением механического состава почв в северо-западных районах области обусловило формирование кислых, преимущественно серых лесных почв, характеризующихся низким содержанием гумуса. Как снижение увлажнения территорий в юго-восточном направлении, так и до определенной степени утяжеление механического состава при снижении кислотности почв способствует формированию черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных (рис. 4). Данная схема не исчерпывает всех возможных сочетаний величин и условий и характеризует направленность действия почвообразующих факторов в пределах Курской области.
Рис. 4 Средние уровни величин содержания гумуса в пахотных почвах в зависимости от исходных свойств и климатических условий.
Количественным показателем, характеризующим тип формирующегося в различных климатических условиях гумуса и являющимся функцией биохимической активности почв, является величина группового состава гумуса: Сгк:Сфк, имеющая коэффициент корреляции с периодом биологической активности (ПБА) для зонального ряда 0.95 (Волобуев,1973; Кононова, 1963; Бирюкова, Орлов, 1978; Орлов, 1990).
Изменение относительного содержания углерода гуминовых кислот и соотношения (Сгк:Сфк), определяемых различными методами, в большинстве случаев идет параллельно изменению общего количества гумуса. Учитывая различия групп гумусовых кислот, содержание гумуса (%) в почвах зонального ряда приближенно может быть выражено функцией четырех относительных величин:
, (3)где КГ - величина, обратная значению относительного превышения реакционной способности фульвокислот над гуминовыми:
;%СГК, ФК - содержание углерода в гумусовых кислотах; ЕКОФГ, ФК - емкость катионного обмена препаратов гумусовых кислот (Орлов, 1974; Ковда, Розанов, 1988; Мамонтов, Панов, Кауричев, 2006).
Согласно расчетам, 90 % значений (Сгк:Сфк) для выборки черноземов выщелоченных (Курская обл., n=3681, КГ= 0,44) находится в интервале 1.6 – 2.5 при среднем значении 2.0, а 82 % этих величин для серых лесных почв (n=1601, КГ= 0,5) находится в интервале 0.7 – 1.3 при среднем значении 1.0 , что близко по размерности классическому методу Тюрина (рис. 5)
Рис. 5. Полигоны частот расчетных значений группового состава гумуса различных типов почв
Из взаимосвязи содержания гумуса в пахотном горизонте с показателем, характеризующим состояние ППК почв следует, что при прочих равных условиях изменения его должны соответствовать изменениям величины рНKCL как по знаку, так и в соответствующих количественных пропорциях:
, (4)где Г0 и рН0 - исходные величины содержания гумуса (%) и обменной кислотности почвы.
Изменения содержания гумуса (∆Г%), соответствующие выражению (4),
были подтверждены по анализу динамики этих величин за 15 – 20 лет землепользования хозяйств в Медвенском, Горшеченском и Фатежском районах (рис. 6).
Рис. 6. Относительные (от исходного) изменения средневзвешенного содержания гумуса (%) при изменении величины рНKCL черноземов оподзоленных выщелоченных и типичных
Полученные данные подтверждают, что как процессы деградации почв, так и их окультуривания являются комплексными, затрагивающими всю почвенную систему. Устойчивость гумусного состояния по логике построения исходных зависимостей сопряжена с устойчивостью кислотно-основного состояния почв, обеспечиваемого соответствующими режимами.
4. Взаимосвязь физико-химических свойств чернозёмов и серых лесных почв
Уравнение состояния почвенного поглощающего комплекса
Методической основой для выявления взаимосвязи физико - химических свойств, которые вытекают из теоретического обоснования поглотительной способности почв (Гедройц, 1933; Горбунов, 1957; Ремезов, 1957;Пинский, 1997) было принятие следующих положений.
Общая взаимозависимость показателей разделена на три составляющие: а) зависимость емкости катионного обмена (ЕКОП) от соотношения в почве гумуса (Г%) и фракции физической глины (Фг% ,<0,01мм); б) взаимосвязь рН и состава катионов в ППК, как соотношения Нг и S (основных характерных частей); в) взаимосвязь рН и емкости катионного обмена (ЕКОП =S + Нг).
Статистическая обработка сгруппированных данных обследования черноземов выщелоченных, типичных и серых лесных показала, что для исследуемых почв величина рНKCLобладает невысокой вариабельностью – от 8 до 13 % (табл. 7).
Таблица 7. Статистическая характеристика свойств почв
| № выб. | Показатель | X | Xmin | Xmax | SХ | KV, % |
| Серые лесные почвы, черноземы, n=16. Белгородская обл. | ||||||
| 1 | Фг, %Гумус, %рНKCLНг, мг-экв/100г.S, мг-экв/100г.ЕКОП, мг-экв/100г | 53.145.766.671.7834.536.3 | 10.62.65.8012.115.1 | 70.67.27.43.447.649.0 | 4.160.330.140.332.282.1 | 31238752623 |
| Серые лесные почвы, черноземы оподзоленные и выщелоченные , n = 4722. По рабочим участкам хозяйств в различных районах Курской обл. | ||||||
| 2 | Фг, %Гумус, %рНKCLНг, мг-экв/100г.S, мг-экв/100г.ЕКОП, мг-экв/100г | 45.54.125.303.8624.528.4 | 8.40.53.50.05.88.5 | 78.58.807.709.5749.050.1 | 0.130.020.010.020.090.10 | 19.928.49.739.125.922.5 |
| Черноземы типичные и выщелоченные, n=258. ОППХ ВНИИЗ и ЗПЭ Медвенский р-н, Курской обл. | ||||||
| 3 | Гумус, %рНKCLНг, мг-экв/100гS, мг-экв/100г.ЕКОП, мг-экв/100г | 5.795.834.1129.333.4 | 5.104.80.709.012.2 | 6.987.38.2449.149.9 | 0.020.040.120.250.19 | 5.311.945.313.79.0 |
| Серые лесные почвы, n= 690. Орловская обл. | ||||||
| 4 | Гумус, %рНKCLНг, мг-экв/100г.S, мг-экв/100г.ЕКОП, мг-экв/100г | 5.305.644.6823.928.5 | 2.043.90.355.97.9 | 8.667.711.145.851.6 | 0.040.030.080.170.17 | 21.013.044.518.415.2 |
X – среднее значение, SХ -ошибка выборочной средней, KV– коэффициент варьирования (%), ЕКОП= (S + Нг).
Установлено, что наибольший вклад в изменение величины ЕКОП почв имеет содержание органического вещества – 45 %. Показатель обменной кислотности определяет 21% изменений ЕКОП почв и в наибольшей мере влияет на величину гидролитической кислотности - 62 % (r=0,78-0,87).
Установлено, что и для серых лесных почв, и для черноземов характерна тесная линейная зависимость величины гидролитической кислотности (мг-экв/100г) от значения ln(pHKCL). Значения показателей (S) и (ЕКОП) также зависят от величины ln(pHKCL), а коэффициентом пропорциональности при этом выступает величина сорбционной способности почвы или модуля катионообменной емкости (М), зависящего от соотношения в ней органического вещества и физической глины, но независимого от величин рН. Значения гидролитической кислотности, соответствующие выражению:
Нг = ЕКОП – S , структурно воспроизводящему уравнение регрессии (табл. 8), имеют вид :
Нг= М ln(pHН) - М ln(pHKCL), (5)
где М – показатель сорбционной способности почвы, зависящий от соотношения гумуса (%) и физической глины (%); pHН -условная величина pHKCL при которой ЕКОП=S , Нг→0 и V→100%.
Таблица 8 . Зависимость гидролитической кислотности почв (мг-экв/100г) от величины рНKCL
| № выборки | Объемвыборки | Параметры уравнений вида*Нг= a - b·ln(рНKCL) | Отношениеa/b | рНН=exp(a/b) | ||
| a | b | r | ||||
| 1.2.3.4. | 164722258690 | 29.2522.7332.031.41 | -14.56-11.34-15.95-15.68 | -0.91-0.69-0.98-0.93 | 2.012.002.002.00 | 7.457.427.447.41 |
Анализ уравнений (pHН =exp(a/b) показывает, что для почв различного генезиса соответствует вполне определенное значение pHН, близкое к величине 7.4 ед., которое соответствует точке условного насыщения ППК.
Величине рНKCL =рНН соответствует величина ЕКОП в состоянии насыщения ППК обменными основаниями: ЕКОН = М ln(рНН).
В исследованиях катионообменных свойств почв установлено, что емкость катионного обмена представляет собой линейную функцию от рН равновесного раствора (Возбуцкая, 1964; Минкин, Горбунов, Садименко, 1986). Выражению (ЕКОП = ЕКОН - ∆ ЕКОП) в таком случае соответствует: