Способность почвенных частиц к самосборке при различных системах обработки почв в северном Казахстане

Размещено на http://www.allbest.ru/

Способность почвенных частиц к самосборке при различных системах обработки почв в северном Казахстане

Куришбаев А.К., Звягин Г.А.

Аннотация

СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЕННЫХ ЧАСТИЦ К САМОСБОРКЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ ОБРАБОТКИ ПОЧВ В СЕВЕРНОМ КАЗАХСТАНЕ

Куришбаев А.К.¹, Звягин Г.А.²

¹Доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина,

²ORCID: 0000-0001-8779-5122, Докторант PhD кафедры почвоведения и агрохимии, Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина.

Приведены способности частиц 3-1 и <0,25 мм черноземных почв к самосборке в структурные отдельности по методу Холодова. Выявлена лучшая способность к самосборке частиц агрегатов (3-1 мм) и бесструктурных частиц (<0,25 мм) черноземов южных в сравнении с черноземами обыкновенными. Установлено, что частицы 3-1 мм обладают лучшей способностью образовывать агрегаты, чем частицы <0,25 мм. Выявлены варианты распаханных черноземных почв, обладающих наилучшей способностью к самоагрегации частиц. Результаты исследований показали, что в самособравшихся агрегатах из частиц 3-1 мм содержание органического углерода было больше, чем в самособравшихся агрегатах из частиц <0,25 мм.

Ключевые слова: самосборка, бесструктурные частицы, самоагрегация, самособравшиеся агрегаты, несамособравшиеся частицы.

Abstract

ABILITY OF SOIL PARTICLES TO SELF-ASSEMBLE AT VARIOUS TILLAGE SYSTEMS IN NORTHERN KAZAKHSTAN

Kurishbayev A.K.¹, Zvyagin G.A.²

¹PhD in Agriculture, professor, S. Seifullin Kazakh AgroTechnical University,

²ORCID: 0000-0001-8779-5122, doctoral student of the Department of Soil Science and Agricultural Chemistry, S. Seifullin Kazakh AgroTechnical University.

The paper presents the ability of particles of 3-1 and <0.25 mm from chernozem soil to self-assemble into a structure separates by Kholodov method. Authors have revealed the better ability to self-assemble of aggregates particles (3-1 mm) and structureless particles (<0.25 mm) of southern chernozems in comparison with ordinary chernozems. It is found that the particles of 3-1 mm have a better ability to form aggregates than the particles of <0.25 mm. The tilled chernozems having the best ability to particles self-aggregation were identified. The results showed that in the self-assembled aggregates with particles of 3-1 mm the organic carbon content was greater than that in self-assembled aggregates of particles of <0.25 mm.

Keywords: self-assembly, structureless particles, self-assembly, self-assembled aggregates, non-self-assembled particles.

Содержание статьи

Структура почвы - это форма и размер структурных отдельностей в виде макроагрегатов >0,25 мм, на которые распадается почва [1, С. 17]. Структура пахотного горизонта определяет важные свойства почв: устойчивость к действию отрицательных факторов окружающей среды, потенциальное и эффективное плодородие [1, С. 18], [2, С. 628], [3, С. 22]. Поэтому, изучение структурообразования представляет большую ценность в регулировании глобальных циклов углерода [4, С. 723], охраны окружающей среды, восстановления плодородия почв, оптимизации гумусового режима на пахотных угодьях [5, С. 123], [6, С. 300], [7, С. 13].

На современном этапе исследования почвенной структуры требуется количественно оценить содержание агрегатов в почве или выделить определенную фракцию какого-либо размера для дальнейшего изучения. Основными методами являются разработанные в прошлом веке методы разделения почвенных агрегатов воздушным методом на ситах или воде [8, С. 20], [9, С. 7], [10, С. 439], [11, С. 876]. В последние время методы разделения почвенных отдельностей усовершенствовались, за счет стандартизации процедуры встряхивания сит по времени и частоте. Были разработаны методические указания и созданы механические устройства для упрощения и единого выполнения данных работ [12, С. 2].

На сегодняшний день воздушный метод разделения почвенных фракций на ситах является актуальным в почвенных исследованиях. Но существует один недостаток, который затрудняет получение окончательных результатов. С агрономической точки зрения при просеивании, наряду с агрегатами выделяются псевдоагрегаты: отдельности, имеющие по сравнению с агрегатами малую пористость, высокую плотность, не стойкие в воде, либо наоборот абсолютно устойчивые вследствие цементации [13, С. 40]. Кроме этого, средняя продолжительность нахождения почвенного агрегата в природе составляет 27 дней [1, С. 47]. Таким образом, при просеивании в одну фракцию могут попадать свежеобразовавшие, зрелые и уже готовые распасться агрегаты. В связи с этим, многие исследователи считают, что их свойства будут отличаться [12, С. 2], [14, С. 183].

Наши исследования были направлены на изучение способности фракций 3-1 мм и <0,25 мм черноземов южных и обыкновенных к самоагрегации (самосборка) в агрегаты >0,25 мм в слое 0-10 см по методу Холодова. Изучение способности частиц к самосборке проводилась на распаханных и целинных вариантах черноземов южных и обыкновенных. В полученных самособравшихся агрегатах дополнительно изучалось содержание органического углерода [12, С. 3].

Для изучения способности почв к самоагрегации, нами был выбран размер 3-1 мм, так как он является составной частью агрономически ценной структуры - 10-0,25 мм [13, С. 55]. Многие авторы считают, что фракция 3-1 мм является наиболее благоприятной для возделывания сельскохозяйственных культур. Так, например, Качинский [15, С. 27] указывал, что "…агрегаты в 1 мм образуют уже прекрасную и благоприятную в сельском хозяйстве крупитчатую структуру". Оптимальный размер структурных отдельностей, как считает автор, чаще всего составляет около 2-3 мм [15, С. 28]. Вильямс выделял наиболее оптимальную структуру с размером 2-3 мм, считая агрономически ценными агрегаты от 1 до 10 мм [16, С. 36]. Кроме этого, изучение динамики органического углерода агрегатного состава черноземных почв указывает на большее количество углерода во фракции 3-1 мм [17, С. 557].

Для запуска процессов самоагрегации почвенных частиц был выбран цикл увлажнения-иссушения, так как этот процесс является основным структурообразователем в почвах [1, С. 44], [3, С. 25].

Способность агрегатов из бесструктурных частиц <0,25 мм и полученных путем разрушения фракции 3-1 мм самопроизвольно собираться в агрегаты до размеров >0,25 мм черноземов южных и обыкновенных Северного Казахстана, представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Самопроизвольное образование агрегатов в черноземных почвах в слое 0-10 см

Частицы агрегатов и бесструктурные частицы черноземов южных в сравнении с черноземами обыкновенными обладают более лучшей способностью к самосборке, благодаря высокому содержанию неорганического углерода (CaCO₃) в слое 0-10 см черноземов южных, которые помогают в склеивании частиц <0,25 мм в более крупные агрегаты, тем самым выступая в виде коагулянта.

В целинных черноземах южных и обыкновенных отсутствуют процессы механического разрушения агрегатов, и, следовательно, частицы <0,25 мм практически отсутствуют. Они составляют 0-3 %.

Напротив, согласно данным таблицы 1, частицы агрегатов, полученные с помощью механического разрушения агрегатов 3-1 мм целинных почв, обладают хорошо выраженной способностью самоагрегатироваться. Так, например, 72 % частиц агрегатов черноземов южных и 56 % черноземов обыкновенных самособрались в структурные отдельности >0,25 мм.

Таким образом, в состав структурных отдельностей 3-1 мм входят частицы, способные после механического разрушения самопроизвольно после увлажнения-иссушения образовывать агрегаты, а частицы естественного сложения <0,25 мм в этой способности ограничены. Однако в случае обработки почвы, вызывающей механическое разрушение агрегатов, взаимосвязи будут более сложные. В связи с этим нами было исследовано структурное состояние пахотных участков черноземных почв, длительное время используемых в сельском хозяйстве под различными системами обработки почв.

В пахотной почве черноземов южных бесструктурные частицы (<0,25 мм), также, как и частицы агрегатов (3-1 мм), самопроизвольно образовывали агрегаты после увлажнения-высушивания. Так, 11-23 % частиц <0,25 мм вновь самоорганизовывались в структурные отдельности более 0,25 мм, а для частиц 3-1 мм это показатель составил 53-85 %. Это указывает на то, что количество самособравшихся агрегатов зависит от источника почвенных частиц. При использовании механически разрушенных почвенных агрегатов 3-1 мм этот показатель выше по сравнению с фракцией <0,25 мм.

Таким образом, почвенные агрегаты 3-1 мм пахотных почв черноземов южных содержат почти в 3 раза, а в черноземах обыкновенных в 5,5 раз больше частиц, способных к самосборке по сравнению с бесструктурными частицами. Следует отметить высокую способность частиц <0,25 мм распаханных почв к самосборке по сравнению с аналогами целинной почвы, которые практически лишены этой особенности.

Следует отметить, что из агрегатов 3-1 мм распаханных черноземов южных на варианте с бессменным паром самопроизвольно собравшихся агрегатов больше (90 %), чем на таких же целинных нераспаханных почвах (72 %).

Самособирающиеся агрегаты сохраняют органическое вещество и улучшают структуру почвы. В то же время частицы, не способные агрегатироваться после механических обработок теряют углерод и вместе с ним способность образовывать агрегаты.

Важно, что наиболее благоприятные условия к самоагрегации частиц среди распаханных вариантов черноземных почв отмечаются при глубокой плоскорезной обработке в варианте 2, в то время как на бессменных посевах пшеницы при минимизации обработок способность частиц к самосборке снижается, что объясняется ухудшением физико-химических свойств почв, и подавлением микробиологических процессов.

В наших исследованиях проводилось определение содержания углерода в самособравшихся агрегатах и несамособравшихся частицах <0,25 мм (таблица 2).

Таблица 2 - Содержание органического углерода в агрегатах (<0,25 и 3-1 мм) способных к самосборке в слое 0-10 см (по методу Холодова В.А.)

Органический углерод в полученных с помощью сухого просеивания черноземных почв фракции <0,25 мм (2,78 %) в самособравшихся агрегатах и несамособравшихся частицах был в целом ниже в сравнении с агрегатами 3-1 мм (3,01 %). На варианте с нулевой технологией частицы <0,25 мм в самособравшихся агрегатах содержали на 0,081 % больше органического углерода по сравнению с агрегатами 3-1 мм. Но это связано с попаданием при просеивании в размерную фракцию <0,25 мм измельченных мелких растительных остатков, которые практически невозможно отделить от почвы при подготовке образцов к анализу на углерод.

Таким образом, в большинстве самособравшихся агрегатов из частиц <0,25 мм содержание органического углерода было примерно на 8 % меньше, чем в агрегатах 3-1 мм.

Больший уровень содержания органического углерода в самособравшихся агрегатах из структурных отдельностей 3-1 мм по сравнению с частицами <0,25 мм, указывает на принципиальное различие их почвенной структуры. самосборка почва агрегат углерод

Большее содержание частиц, способных к самосборке во фракциях пахотной почвы указывает на большую устойчивость их к проявлениям эрозионных процессов. Она выражается в накоплении частиц, способных к самоагрегации после разрушения и тем самым минимизирует потери гумуса.

Список литературы

1. Шеин Е.В. Курс физики почв / Е.В. Шеин. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. - 432 с.

2. Elliott E.T. Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils / T. Elliott. // Soil Sci. Soc. Am. J. - 1986. - V. 50. - P. 627-633.

3. Ковда В.А. Почвоведение. Почва и почвообразование / В.А. Ковда, Б.Г. Розанова. - М.: Изд-во "Высшая школа", 1988. - 400 с.

4. Rawson A. The Greenhouse Effect, Climate Change and native vegetation / Rawson, B. Murphy // Native vegetation Advisory Council NSW Department of Land and Water Conservation. - 2000. - № 7. - P. 721-727.

5. Кершенс М. Значение содержания гумуса для плодородия почв и круговорота азота / М. Кершенс // Почвоведение. - 1992. - № 10. - C. 122-131.

6. Garcнa-Oliva F. Effect of soil macroaggregates crushing on C mineralization in a tropical deciduous forest ecosystem / Garcнa-Oliva, M. Oliva, B. Sveshtarova // Plant and Soil. - 2004. - V. 259 (1-2). - P. 297-305.

7. Six J. A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics / Six, H. Bossuyt, S. Degryze, K. Denef // Soil and Tillage Research. - 2004. - V. 79. - P. 7-31.

8. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. - М.: Агропромиздат, 1986. - 416 с.

9. Саввинов Н.И. Структура почвы и ее прочность на целине, перелоге и старопахотных участках / Н.И. Саввинов. - М.: Сельколхозгиз, 1931. - 46 с.

10. Ashman M.R. Are the links between soil aggregate size class, soil organic matter and respiration rate artefacts of the fractionation procedure / R. Ashman, P.D. Hallett, P.C. Brookes // Soil Biol. and Bioch. - 2003. - V. 35 (3). - P. 435-444.

11. Mendes I.C. Microbial biomass and activities in soil aggregates affected by winter cover crops / K. Bandick, R.P. Dick, P.J. Bottomley // Soil Sci. Soc. Am. J. - 1999. - V. 63. - P. 873-881.

12. Холодов В.А. Способность почвенных частиц самопроизвольно образовывать макроагрегаты после цикла увлажнения и иссушения / В.А. Холодов // Почвоведение. - 2013. - № 4. - С. 1-9.

13. Розанов Б.Г. Морфология почв / Б.Г. Розанов. - М.: Академический проект, 2004. - 432 с.

14. Plante A.F. A modeling approach to quantifying soil macroaggregate dynamics / F. Plante, Y. Feng, W.B. McGill // Can. J. Soil Sci. - 2002. - V. 82. - P. 181-190.

15. Качинский Н.А. О структуре почвы / Н.А. Качинский // Тр. Советской секции международной ассоциации почвоведов. - М., 1933. - Т. 1. - С. 27-28.

16. Вильямс В.Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения: собрание сочинений / В.Р. Вильямс. - М.: Государственное изд-во с.-х. лит-ры, 1951. - 576 с.

17. Когут Б.М. Водопрочность и лабильные гумусовые вещества типичного чернозема при разном землепользовании / Б.М. Когут, С.А. Сысуев, В.А. Холодов // Почвоведение. - 2012. - № 5. - C. 555-561.

Размещено на Allbest.ru