Гумусное состояние серых лесных почв и пути его оптимизации

Торфяные почвы

Торфяные почвы располагаются в наиболее влажных местах, занимают около 7% всей территории России и расположены главным образом в районах Северо-запада, центральной полосы России, Западной Сибири и Дальнего Востока.

Они имеют темную, почти черную окраску во влажном состоянии. В толще всегда можно рассмотреть не полностью разложившиеся остатки растений. Под слоем торфа залегает сизый глинистый горизонт. Такие почвы богаты органическим веществом, но в них имеет место недостаток некоторых абсолютно необходимых культурным растениям макро и микроэлементов.

Эти почвы содержат много азота, но мало фосфора и калия, отличаются высокой влагоёмкостью, незначительной водопроницаемостью и малой теплопроводностью.

Из-за высокой влагоёмкости торфяные почвы нуждаются в хорошем дренаже.Из-за плохой водопроницаемости при избытке атмосферных осадков заплывают водой. Из-за плохой теплопроводности медленно прогреваются весной, отчего затягиваются сроки обработки и посева.

Они также обладают повышенной кислотностью и поэтому нуждаются в известковании.

Торфяные почвы различаются на несколько подтипов в зависимости от образующего их торфа.

Низинный торф содержит больше всего азота, золы, извести, а потому слабокислый. Он залегает в лощинах, речных долинах и впадинах.

Верховой торф значительно беднее низинного азотом и золой, так как расположен на более высоких участках. Извести в нем очень мало, он кислый. Верховой торф пригоден для приготовления компостов.Переходный торф по содержанию азота, золы и извести занимает промежуточное положение. Торфяные почвы после их осушения, внесения необходимых фосфорно-калийных удобрений, а так же известковании, успешно используются для выращивания овощей.

Гумус – это…

Экологические словари в один голос говорят, что это перегной растений в тандеме с органическими отходами животных. Еще в давние времена наши предки заметили, что чем темнее земля, тем обильные и качественные урожаи она дает. Именно окраска – первый признак, который говорит о наличии в грунте питательной среды для корневой системы растений.

Так как же образуется гумус? В верхнем слое грунта происходят сложные биохимические процессы – разложение органических останков без кислорода. Они не могут происходить без участия:

• животных;
• почвенных микроорганизмов;
• растений.

Отмирая, они оставляют после себя весомый след в почвообразовании. Здесь также скапливаются разложившиеся продукты жизнедеятельности этих организмов. В свою очередь, такие органические вещества обладают устойчивостью к воздействию микробов, что позволяет им накапливаться в почвенном горизонте.

Эта биомасса служит настоящим депо для всех высших организмов. Содержащиеся в ней компоненты насыщают корни растений энергией, а также питают их всеми необходимыми элементами:

• гумином;
• гумусовыми кислотами;
• гуминовыми соединениями.

Формирование гумуса напрямую зависит от процесса минерализации – разложение биомассы (под воздействием кислорода) на простые минеральные и органические соединения. В нормальных природных условиях это происходить равномерно, без ущерба гумификации.

Полезные свойства

В земледелии самым главным считается сохранение этого органического горизонта. За последние полвека из-за эрозии на территории России, а также Украины верхний покров уменьшился почти вполовину. Воздействие ветра и воды привели к сдуванию/смыванию богатых слоев почвы. Содержание гумуса в грунте экологи и аграрии считают как фактором плодородия, так и главным критерием при покупке угодий. Ведь именно он отвечает за качественные характеристики почвы, и вот по каким причинам:

1. В нем сосредоточенно изобилие питательных веществ, которые нужны для продуктивной жизнедеятельности растений. Это почти 99% азота, имеющегося в природе, а также более 60% всего фосфора.
2. Способствует насыщению земли кислородом, делая ее более рыхлой. Благодаря этому корневые системы культур и живущие в почве микроорганизмы получают достаточную порцию воздуха.
3. Формирует структуру грунта. В результате не накапливается глина и песок. Органические соединения склеивают минеральные частицы в комья, образуя своего рода решетку. Через нее проходит влага, которая задерживается в образованных пустотах. Таким образам растительность получает воду. Также пористая структура защищает землю от резких перепадов температуры и эрозийных аномалий.
4. Гумус способствует равномерному прогреванию почвы. В этом слое происходят сложные биохимические процессы. Следствием таких реакций является выделение тепла. Как отмечалось выше, плодородный грунт имеет более темный оттенок. Коричнево-черные тона лучше всего притягивают и поглощают ультрафиолетовые лучи.

Единственная проблема всех земледельцев – природная зона выращивания культур, а также типы почв, в которых содержание гумуса (таблица приведена в статье) разительно отличается. Поэтому, чтобы повысить плодородность своих угодий, нужно определить уровень биомассы в них, беря за основу природные условия региона.

Примечания

1. ↑Ковриго В. П., Кауричев И. С., Бурлакова Л. М.Почвоведение с основами геологии. — Колос, 2000. — 416 с. — ISBN 5-10-003135-2
2. ↑Обычно этот горизонт обозначают как A₂B, однако правильнее его обозначать как BA₂, тем самым указывая на незначительное проявление элювиального процесса и на принципиальное отличие этого горизонта от горизонта A₂B подзолистых почв.
3. ↑Основы почвоведения и географии почв / Под ред. Кулижского С. П. и Рудого А. Н. — Томск: Изд-во ТГПУ, 2004. — С. 276.
4. ↑Основы почвоведения и географии почв / Под ред. Кулижского С. П. и Рудого А. Н. — Томск: Изд-во ТГПУ, 2004. — С. 278.

1. ↑Ковриго, Кауричев, Бурлакова, 2000.
2. ↑Обычно этот горизонт обозначают как A₂B, однако правильнее его обозначать как BA₂, тем самым указывая на незначительное проявление элювиального процесса и на принципиальное отличие этого горизонта от горизонта A₂B подзолистых почв.
3. ↑Основы почвоведения, 2004, с. 276.
4. ↑Основы почвоведения, 2004, с. 278.
5. ↑Ковриго, Кауричев, Бурлакова, 2000, с. 273.

Классификация

Светло-серые лесные

Этот тип грунтов отличается малой оподзоленностью и ограниченной мощностью гумусового слоя. Для такого подтипа характерно наличие горизонта А2. Поверхностная подстилка образована преимущественно малоперегнившими, бурыми листьями. Также там есть веточки и иные части растительного опада. Внизу находится похожая на войлок масса, в которой частично перегнившая растительность перемешана с землей.

Дальше находятся:

• гумусово-аккумулятивный (150 — 250, реже до 350 мм);
• промежуточный (120 — 200 мм);
• иллювиальный горизонты.

Промежуточный слой относится к оподзоленному или гумусово-оподзоленному формату. Он светлее по окраске, чем поверхностная земля. Отмечают обилие кремнеземистой присыпки. Границы между промежуточным и иллювиальным слоем, между иллювием и подстилающей породой не отличаются четкостью. На глубине примерно 2 м обнаруживают конкреции карбонатов.

Серые лесные

Подзолистые процессы у них слабее, чем у более светлых почвенных масс. Однако при этом дерновый процесс также не успел набрать большой мощности. Концентрация илистой фракции на разных вертикальных уровнях отличается как минимум на 20%. Карбонатные залежи располагаются на глубинах 1200 — 1400 мм

Важно: в западных областях России они могут уходить и глубже

Прочие параметры:

• разброс механического состояния от супеси до суглинка;
• объемная плотность в пахотном горизонте 1,32 — 1,4 грамма на 1 см3;
• фульвокислотный тип гумуса.

Темно-серые лесные

Для этого типа почв характерно неравномерное расположение в лесостепной зоне. Обычно они концентрируются на понижениях склонов в речных поймах. Коллоиды по профилю почти не передвигаются. Структура хорошо выражена, но легко размывается при контакте с водой. Подвижные питательные вещества присутствуют в довольно больших количествах.

Прочие свойства:

• объемная масса пахотного уровня 1,2 — 1,42 грамма на 1 см3;
• доля гумуса в распаханных участках до 4,9%, на целине иногда доходит до 10%;
• влагоемкость пахотного слоя 20 — 30%, в слое породы 17 — 24% (зависит от состава вещества);
• присутствие оснований от 80 до 95%.

Дерново-подзолистые почвы

Площади, занятые мелколиственными лесными массивами, где лиственные деревья смешаны с хвойными породами, характеризуются формированием дерново-подзолистых почв. Ареалы распространения их существенны на площадях, занятых лесом, на Восточно-Европейской равнине, присутствует данный тип почвы и в Западной Сибири. Дерново-подзолистые почвы — подтип почв подзолистых.

Параметры, состав дерново-подзолистых почв и подзолистых почв имеют ряд схожих черт. Слой гумуса дерново-подзолистых почв, расположенный под образованной лесной подстилкой, составляет не более 20 сантиметров. За этим горизонтом, окраска которого темно-бурая, располагается бесплодный слой белесого оттенка.

Дерново-подзолистые почвы, по сравнению с подзолистыми почвами, являются более плодородными, потому что минералы и органика не так быстро вымываются водой. Содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах составляет 3-7%.

При сельскохозяйственном использовании дерново-подзолистые почвы нуждаются в питательных элементах – азот, калий, фосфор. Увеличение глубины пахотного слоя также дает положительный эффект. Необходимо известкование, что приводит к усилению микробиологических процессов и накоплению питательных веществ. При этом улучшаются процессы аэрации почвы, ее свойства регулирования тепла и водопроницаемость. Необходимо обогащение почвы и органическими удобрениями.

Каштановые почвы

Каштановые почвы распространены в степях и полупустынях. Эта почва имеет каштановый, светло каштановый и темно-каштановый цвет. Соответственно существует три подтипа каштановой почвы, различающихся по цвету.

На светло-каштановых почвах земледелие возможно только при обильном поливе водой. На темно каштановых почвах хорошо растут и без полива зерновые и подсолнечник.

Химический состав каштановой почвы разнообразен. В почве есть магний (Mg) и кальций (Ca), что свидетельствует о благоприятном для большинства растений уровне кислотности (pH).

Каштановая почва имеет свойство быстро восстанавливаться. Ее толщина поддерживается ежегодно опадающей травой. На ней можно получать неплохие урожаи, при условии, достаточного увлажнения. Так как степи обычно засушливы.

Каштановые почвы в России распространены на территории Кавказа, в Поволжье и Средней Сибири.

Бурые лесные почвы

В зонах, на которые распространяется область умеренного теплого климата, на территориях, занятых различными лесами (смешанными, хвойными и широколиственными) происходит формирование бурых лесных почв. Лесная подстилка представляет собой опавшую листву. Образующийся при этом слой составляет пять сантиметров. Следующий — плодородный слой, его мощность достигает 20-30 сантиметров. Глина, слой которой следует потом, составляет 15-40 сантиметров. Эти почвы имеют бурый цвет. Выделяют несколько подтипов этих почв.

На территории России бурые лесные почвы имеют распространение на Дальнем Востоке, характерны они также для предгорий Кавказа.

Бурые лесные почвы активно используются под лесными угодьями. Их сельскохозяйственное использование обусловлено пригодностью для выращивания различных культур – зерновых и технических, овощных и плодовых. Хорошие результаты выращивания на этих почвах дают чай, виноград, цитрусовые и кормовые культуры.

Расчет баланса гумуса для серых лесных почв в полевом севообороте и для слабосмытых серых лесных почв — в противоэрозионном севообороте

Таблица 3. Баланс гумуса (полевой севооборот, почва серая лесная)

Таблица 4. Баланс гумуса (противоэрозионный севооборот, почва серая лесная слабосмытая)

Компьютерный расчет баланса гумуса

1) Полевой севооборот, почва серая лесная

Таблица 5. Баланс гумуса

Таблица 6. Рекомендации по внесению органических удобрений.

2) Противоэрозионный севооборот, почва серая лесная слабосмытая

Таблица 7. Баланс гумуса

Таблица 8. Рекомендации по внесению органических удобрений.

Обсуждение полученных данных по балансу гумуса

В полевом севообороте на серой лесной почве наибольшая степень дефицитности баланса гумуса возникает под озимой рожью. В противоположность этому, под горохоовсяной смесью и под многолетними травами (клевер) баланс гумуса наименее отрицательный, что объясняется более интенсивным накапливанием органического вещества.

При сравнении двух севооборотов (полевого севооборота на серой лесной почве и противоэрозионного севооборота на серой лесной слабосмытой почве) видно, что на эродированной почве баланс гумуса менее отрицательный. Это можно объяснить тем, что в противоэрозионном севообороте большую долю занимают многолетние травы, под которыми обработка почвы не является такой интенсивной, как под зерновыми культурами и не приводит к сильной минерализации гумуса почвы. Также после многолетних трав остается большое количество растительных остатков, за счет которых пополняются запасы органических веществ почвы.

Черноземы оподзоленные

Черноземы подзолистые сформировались на глинистых делювиальных, реже на уровне древнеаллювиальных и смешанных отложениях под лугово-степной растительностью. По мощности гумусового горизонта они среднемощные, реже маломощные, встречаются и мощные варианты в зависимости от характера материнских пород и условий рельефа.

По гранулометрическому составу черноземы подзолистые-глинистые и тяжелосуглинистые. Отмечается некоторое перераспределение илистой фракции.

Водоудерживающая способность этих почв очень хорошая: капиллярная влагоемкость составляет 57-59%, полная — 64-66%, максимальная гигроскопичность — около 10%, влажность завядания — 13,3-14,3%.

Реакция среды черноземов подзолистых слабокислая.

Охрана почв хозяйства

Эрозия — процесс разрушения почвенного профиля под действием воды (водная эрозия) и ветра (ветровая эрозия или дефляция). Водная эрозия имеет широкое распространение. Она проявляется практически во всех областях, где имеются уклоны более 1,5°, за исключением зон с небольшим количеством осадков. По степени эродированности почвы делят на слабо смытые, средне смытые, сильно смытые и очень сильно смытые. Такие же категории применяют и для оценки почв, подвергшихся ветровой эрозии.

Почва, покрытая травянистой растительностью, слабо подвержена эрозии. При нарушении естественного растительного покрова в условиях пересеченного рельефа местности или повышенного ветрового режима возникает опасность проявления ускоренных процессов эрозии. Но этот факт к сожалению зачастую не учитывается и игнорируется человеком, что приводит к непоправимым последствиям. Ведь именно «благодаря» необдуманным действиям человека мы сейчас имеем такое количество эродированных земель, и как следствие низкую урожайность. Подсчитано, что на слабосмытых почвах недобор урожая в среднем составляет 10 — 20%, на среднесмытых 40 — 60, а на сильносмытых 80% и более. Это связано с потерей гумуса и элементов питания, снижением биологической активности, ухудшением структуры и других свойств почвы.

Эрозия наносит огромный урон не только сельскому хозяйству, разрушая и смывая с полей почву, причиняется вред и другим отраслям: заиливаются реки, каналы, озёра, также повышается мутность воды, ухудшается экологическое состояние водоёмов, работа водоснабжения и водного транспорта. При стоке воды и смыве почвы отчуждается от 10 до 30% вносимых удобрений и пестицидов, которые ещё в большей степени ухудшают экологическое состояние и качество воды в реках и водоёмах. При смыве и дифляции почв происходит перераспределение радионуклидов тяжёлых металлов, и образуются новые загрязненные загрязнённые очаги их распространения. Овражная эрозия приводит к нарушению дорожной сети, изменяет размеру полей, сокращает площади сельскохозяйственных угодий.

Генезис и строение.

Серые лесные почвы формируются под лесами с травянистым покровом. В европейской части России господствуют дубовые леса с примесью липы, клена, ясеня и других широколиственных пород. Далее к востоку в лесах заметное место занимает береза, часто с примесью хвойных пород (пихта, сосна). В Западной Сибири преобладают березовые леса с примесью лиственницы. На территории всей зоны на песчаных террасах рек произрастают сосновые боры. На Северном Кавказе почвы образуются под дубовыми лесами с примесью граба, клена, вяза, ясеня, бука, дикоплодовых. В подлеске часто встречаются боярышник, лещина, кизил, азалия, ежевика. Травянистая растительность разнообразна и обильна.

Основное отличие широколиственных лесов от тайги и смешанных хвойно-лиственных лесов — многообразие древесных пород, наличие кустарников, которые создают в лесу ярусность. Поверхность почвы занимает травянистый покров. Для широколиственных лесов с травянистым покровом не типично формирование мощной лесной подстилки. Разложение растительных остатков имеет одногодичный цикл и происходит с участием как грибной, так и микробной флоры.

Комплекс явлений почвообразования можно объединить в следующие группы:

• 1. Дерновый процесс в несколько ослабленной форме, однако генетически выражен в создании хорошо оструктуренного горизонта А_г.
• 2. Комплексное травянисто-древесное происхождение гумусовых веществ типа фульватно-гуматного или гуматно-фульватного гумуса с отношением С_гк : С_фк в пределах 0,7—1,5.
• 3. Зольность растительного опада высокая, до почти полной нейтрализации образующихся органических кислот и подавления в них кислото-активной агрессивности. Четкий результат гумификации — гумусовый горизонт Aj + А_гА₂ + А₂В„ охватывающий как элювиальную, так и иллювиально-текстурную толщу почвенного профиля.
• 4. Лессиваж и слабое проявление подзолистого процесса с формированием элювиально-иллювиального профиля дифференциации почвенной массы (А + В,).
• 5. Оглинивание, текстурное преобразование средней части почвенного профиля, усиливающее глинистость, обогащенность илом средней части почвы. В результате образуется иллювиально-текстурный горизонт В,_г.
• 6. Выщелачивание легкорастворимых солей, гипса, карбонатов и формирование карбонатного иллювиального горизонта С_Са. Процесс проходит при периодически промывном режиме, причем годы сплошного промачивания преобладают, что приводит к полному удалению средне- и легкорастворимых солей. Карбонатный горизонт наблюдается не всегда: при горизонтальном промывном токе влаги в условиях непересеченного рельефа на маловодопроницаемых породах иллювиальное накопление конкреций СаС0₃ исключается.

Конечно, в различных частях распространения серых лесных почв почвообразование имеет свои особенности (табл. 3.9).

Таблица 3.9

Сравнение основных характеристик серых лесных почв Русской равнины и Северного Кавказа

Окончание табл. 3.9

Свойства и состав

Гранулометрические исследования показали устойчивую, хорошо заметную дифференцировку элювиально-иллювиального типа по содержанию ила и полуторных окислов. Чем светлее грунт, тем сильнее выражен этот момент. Химический состав верхних ярусов серой лесной земли отличается малым количеством полутораокисей и сдвигом баланса в пользу кремнекислоты. Этот момент тесно связан с выраженной оподзоленностью. Особенно велика она у светло-серой земли, но чем темнее цвет, тем слабее этот эффект.

Концентрация гумуса убывает по мере продвижения на север и восток. В серой лесной почве содержится много гуминовых кислот. А среди них преобладает фракция на кальциевой основе. Важными характеристиками являются:

• стабильная кислая либо слабокислая реакция;
• чуть более высокая кислотность в иллювиальном уровне и чуть более низкая в глубоких ярусах;
• малая насыщенность поглощающих комплексов;
• перемена емкости поглощения внутри профиля (обменных катионов много в гумусе и иллювии, сравнительно мало в пластах A1, A2).

В серой лесной почве содержится сравнительно много оснований. Солевая вытяжка дает обычно слабокислую реакцию. В серых и темно-серых толщах верхние горизонты поглощают больше, чем светло-серые участки. Этот эффект обусловлен повышенной насыщенностью гумусом и сокращением концентрации ила. Чем меньше гумуса в конкретном горизонте, тем плотнее твердая фаза; светло-серая земля пропускает сравнительно мало воды.

Такие почвы, прежде всего светло-серые мало подходят для сельского хозяйства. В процессе распашки верхний слой лишается характерной структуры, формируется вредная корка. Спелость в каждый сезон наступает позднее, чем у чернозема. Уплотнение может происходить даже после простого дождя. Тепловой режим лесной земли в европейской части страны сравнительно неплох, и к началу пахотного сезона она вполне успевает оттаять.

Серые лесные почвы центра и запада России могут периодически оттаивать и замерзать в особо сложные годы. Это негативно сказывается на выращивании клевера и озимой пшеницы. В Западной и Восточной Сибири такие грунты относятся к длительно промерзающей группе. Там снеговой покров сравнительно слаб, а затяжные зимы сопровождаются мощными морозами. В результате поверхность глубоко промораживается и оттаивает не слишком быстро.

Вплоть до начала мая, когда приходит обычное время полевых работ, в нижних ярусах остаются еще области отрицательной температуры. Велика вероятность поздних заморозков весной и раннего наступления холодов осенью. В Забайкалье лесная почва практически каждый год промерзает вплоть до повсеместно встречающейся вечной мерзлоты. Серый лесной грунт суглинистого состава (при отсутствии избыточной влажности) содержит:

• 0,2 — 3% углекислоты на уровне 0 — 500 мм;
• 1,2 — 3,4% в пластах от 1000 до 2000 мм;
• 1,5 — 5% в более глубоких ярусах.

Содержание двуокиси углерода определяется во многом особенностями растительности. Под смешанным лесом оно больше всего. Меньше такого вещества присутствует в почве под люцерной, еще меньше его концентрация под злаками. Самая малая насыщенность углекислым газом характерна для систем чистых паров.

Подзолистые почвы

Подзолистые почвы — распространены в зоне тайги. Там, где растут хвойные леса. Верхний слой — лесная подстилка, образуется из опавшей хвои и веток. Ниже располагается белёсый слой, не имеющий выраженной структуры. Под ним — горизонт бурого цвета, плотный, с большим содержанием глины, структура выражена в виде крупных комьев.

В результате разложения хвои образуются кислоты, которые в условиях избыточного увлажнения способствуют распаду минеральных и органических частиц почвы. Обильные осадки в свою очередь промывают такую почву и выносят растворенные кислотой вещества из верхнего перегнойного слоя в нижние горизонты. В результате верхняя часть почв приобретает белесый цвет золы.

Эти почвы очень кислые и поэтому всегда нуждаются в известковании и внесении полного комплекса удобрений. В подзолистой почве всего от 1 до 4% гумуса.

В России подзолистые почвы распространены в Сибири и на Дальнем Востоке. Деревья на таких почвах растут гораздо лучше, нежели сельскохозяйственные культуры.

Лишь у основания склонов, во влажных местах, подзолистые почвы считаются наиболее пригодными для овощеводства. Почвы этих мест имеют сизую окраску и стальной блеск на срезе. Однако они, как правило, бывают слишком влажными и их необходимо осушать.

Мерзлотно-таежная почва

На территориях, где произрастают леса с хвойными породами деревьев и где распространена многолетняя мерзлота, идет формирование почв мерзлотно-таежного типа. При наличии мерзлоты в почвенном покрове существует препятствие водному промыванию грунтов, в результате этого вынос солей из почв затруднен.

Для формирования мерзлотно-таежных почв при наличии многолетней мерзлоты также необходимо еще одно условие: их образование должно происходить на фоне континентального климата. Наибольшая глубина мерзлотно-таежных почв составляет не более одного метра. Процент содержания гумуса невелик, это 3-10%.

Мерзлотно-таежные почвы являютсяхарактерными для Колымы и Чукотки, для северных участков тайги на территории Забайкалья и Якутии, есть области распространения в зоне средней тайги.

Для использования в сельском хозяйстве мерзлотно-таежные почвы малопригодны. По составу они бесструктурные и почти совсем водонепроницаемы. При распахивании участков с таким почвенным слоем структура почвы и ее свойства становятся только хуже.