Россия
УДК 631.417.2 Гумус
Цель исследования – оценка динамики гумусного состояния пахотных почв в увязке с особенностями распределения типов и подтипов почв в муниципальных районах Предволжья Республики Татарстан (РТ). Территория Предволжья занимает 1014,3 тыс. га, что составляет около 15 % от площади РТ. В состав Предволжья входят 8 муниципальных районов: Апастовский, Буинский, Верхнеуслонский, Дрожжановский, Зеленодольский, Кайбицкий, Камско-Устьинский и Тетюшский. Обобщены результаты почвенных и агрохимических обследований, проведенные ФГБУ ЦАС «Татарский» в течение последних 35 лет. Впервые пахотные почвы изучаемого региона на содержание гумуса были обследованы в 1986-1990 гг. (IV цикл агрохимического обследования). Определение гумуса проведено по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО. Установлено, что в почвенном покрове двух муниципальных районов (Буинский и Дрожжановский) преобладают высокоплодородные черноземы, а в остальных шести районах серые лесные почвы. Сравнение распространенности основных типов почв в Предволжье и в целом в РТ показывает, что исследуемый регион представляется миниатюрной копией Татарстана: в обоих случаях доминантными являются серые лесные почвы, а субдоминантными – черноземы. Отмечается, что за 35 лет площадь пашни региона сократилась на 57 тыс. га, предположительно за счет вывода из сельскохозяйственного оборота менее плодородных земельных участков. Указывается, что данное обстоятельство в определенной мере стабилизировало гумусное состояние почв, остающихся в составе пашни. Средневзвешенное содержание гумуса в пахотном слое по циклам агрохимического обследования почв исследуемого региона варьировало в пределах: от 4,42 до 4,82 %, однако, эти колебания оказались статистически несущественными (r= -0,06). Положительная корреляция и максимальная высокая степень зависимости средневзвешенного содержания гумуса была от суммарной доли черноземных и темно-серых лесных почв (R²=0,96).
агрохимическое обследование, почвенный покров, черноземы, нечерноземные почвы, гумус, динамика, корреляция
Введение. Первейшим условием устойчивого развития агропромышленного комплекса страны является сохранение, воспроизводство и рациональное использование плодородия земель сельскохозяйственного назначения [1]. Плодородие сельскохозяйственных угодий во взаимодействии с другими природными условиями составляет особую производственную силу земли, существенно влияющую на производительность труда в земледелии и себестоимость растениеводческой продукции [2, 3].
Для эффективного ведения растениеводческой отрасли, получения высоких урожаев хорошего качества и сохранения плодородия почв необходим постоянный мониторинг плодородия сельскохозяйственных земель и оптимизация на этой базе почвенных свойств и режимов [4]. В связи с этим особую ценность приобретают материалы систематического обследования сельскохозяйственных земель агрохимической службой страны, сопряженное изучение влияния длительного применения удобрений и химических мелиорантов на продуктивность культур и плодородие почв [5, 6].
За годы существования агрохимической службы в каждом регионе накоплены уникальные материалы почвенных и агрохимических обследований, которые, на наш взгляд, должны быть основой для решения теоретических и практических задач применения удобрений и воспроизводства плодородия почв [7]. К сожалению, во многих случаях эти уникальные материалы, собранные несколькими поколениями агрохимиков, почвоведов и специалистов сельскохозяйственных предприятий, до сих пор остаются анализированными в явно недостаточной степени, со временем могут быть утеряны безвозвратно.
Содержание в почвах органических веществ многими исследователями рассматривается в качестве главного показателя почвенного плодородия, так как именно наличие органического вещества отличает почву от материнской породы. Органические вещества, особенно его специфическая часть – гумус, играет ведущую роль во многих почвенных процессах [8, 9]. Количественный и качественный состав гумусовых веществ оказывают существенное влияние на обеспеченность почвы многими питательными элементами, структурность [10] и водно-физические свойства, поглотительную способность, буферность, биологическую активность и экологическую устойчивость педосферы [11].
Важная роль гумусовых веществ в улучшении водно-физических свойств почвы обуславливается тем, что они, склеивая мелкие частички создают агрономически наиболее ценную водопрочную структуру, особенно при наличии в их составе кальция и железа [12, 13]. Структурные агрегаты, образующиеся без участия органического вещества, как это имеет место в нижних горизонтах почв, не обладают водопрочностью [14, 15].
Благодаря наличию функциональных групп, фульвокислоты и гуминовые кислоты обладают высокой поглотительной способностью по отношению к катионам. В составе почвенных коллоидов они препятствуют вымыванию элементов питания растений, а также обеспечивают проявление важного свойства почвы – её буферной способности [16].
Другой важной функцией гумусовых веществ представляется их способность повышать биологическую активность почв [17]. Исследованиями Т.Н. Кулаковской (1990), было показано, что в условиях супесчаных дерново-подзолистых почв повышение содержания гумуса с 1,35 до 3,08 % увеличивает их нитрифицирующую способность более чем в 7 раз: с 1,02 до 7,75 мг NO3 на 100 г почвы [18].
Необходимо также отметить, что гумус поглощая ряд токсичных веществ, в том числе тяжелые металлы, радионуклиды, уменьшает их поступление в растения, грунтовые и поверхностные воды и тем самым способствует получению экологически безопасной сельскохозяйственной продукции и снижает остроту экологической ситуации [19].
Благодаря отмеченным свойствам гумусовых веществ, продуктивность сельскохозяйственных культур на более гумусированных почвах оказывается более стабильной, нежели на менее гумусированных почвах, особенно в неблагоприятных погодных условиях [20].
Таким образом, можно констатировать, что гумус, аккумулируя солнечную энергию, одновременно является важным источником энергии для поддержания биохимических процессов почвы, аккумулятором элементов минерального питания растений и комплексным улучшателем агрохимических, агрофизических и биологических свойств почв. Все это подчеркивает, что оценка эффективного плодородия пахотных земель невозможно без надлежащего мониторинга динамики содержания гумуса.
Цель исследования – оценка динамики гумусного состояния пахотных почв в увязке с особенностями распределения типов и подтипов почв в муниципальных районах Предволжья Республики Татарстан.
Условия, материалы и методы. В данной работе обобщены результаты почвенных и агрохимических обследований почв Предволжья Республики Татарстан, которые позволяют объективно оценить динамику изменения содержания гумуса в муниципальных районах за 35 лет (1986-2020 гг.) с учетом особенностей почвенного покрова региона.
Реки Волга и Кама делят территорию Татарстана на три четко обособленные природно-географические части, получивших названия Предволжье (к западу и югу от долины Волги), Предкамье (севернее долин Камы и Волги), Закамье (к югу от долины Камы).
Объектом нашего исследования являются муниципальные районы Предволжья, расположенные на правом берегу р. Волга. Данный регион занимает северо-восточную часть Приволжской возвышенности с преобладающими абсолютными высотами водоразделов 180-230 м [21].
Территория Предволжья занимает 1014,3 тыс. га, что составляет около 15 % от площади Республики. От общей площади земель региона сельскохозяйственные угодья занимают 739,2 тыс. га или 72,9 %. Из них пастбища занимают 15,1 %, сенокосы 1,4 %, многолетние насаждения 0,6 %. На долю пашни приходится 565,3 тыс. га или 55,7 % [22]. В состав Предволжья входят 8 муниципальных районов: Апастовский, Буинский, Верхнеуслонский, Дрожжановский, Зеленодольский, Кайбицкий, Камско-Устьинский и Тетюшский.
Исследования проводились на базе ФГБУ ‹‹Центр агрохимической службы ‹‹Татарский››. Впервые пахотные почвы изучаемого региона на содержание гумуса были обследованы в 1986-1990 гг. (IV цикл агрохимического обследования) и оценены по гумусированности согласно группировке, предложенной Центральным институтом агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО). Определение гумуса проведено по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91).
Результаты и обсуждение. Исследования показали, что в 6 районах из 8 преобладающими являются серые лесные почвы, и лишь в Буинском и Дрожжановском районах - черноземные почвы. Среди районов, на сельскохозяйственных угодьях которых доминируют серые лесные почвы, субдоминантными представлены либо дерново-подзолистые (Зеленодольский район), либо дерново-карбонатные (Верхнеуслонский, Камско-Устьинский районы), либо черноземные почвы (Кайбицкий, Апастовский, Тетюшский районы). В Зеленодольском муниципальном районе субдоминант – дерново-подзолистые почвы занимают достаточно весомую долю – 23,5 %. В других районах Предволжья распространенность данного типа почв весьма скромная. Дерново-карбонатные почвы, оказавшиеся субдоминантом в двух районах (Верхнеуслонский 10,8 %; Камско-Устьинский 13,3 %), в остальных районах встречаются редко (0,3- 3,8 %). Серые лесные почвы в роли субдоминанта (4,2 и 10,9 %) фигурируют в Юго-Западной зоне Предволжья – в Дрожжановском и Буинском районах. Относительно значимую долю (15,5-35,0 %) занимают в качестве субдоминанта оподзоленные, выщелоченные и типичные черноземы в Кайбицком, Апастовском и Тетюшском районах.
В целом в Предволжье РТ наибольшее распространение в общей площади сельскохозяйственных угодий получили серые лесные почвы, занимающие площадь 330,2 тыс. га или 46,3 % (табл. 1)
Таблица 1 – Сравнительная характеристика почвенного покрова сельскохозяйственных угодий Предволжья и Республики Татарстан
|
Общая площадь |
Типы и подтипы почв |
||||
|
дерново-подзолистые |
дерново-карбонатные |
серые лесные |
черноземные |
прочие |
|
|
Предволжье |
|||||
|
712,9* 100 |
29,1 4,1 |
29,9 4,2 |
330,2 46,3 |
262,1 36,8 |
61,6 8,6 |
|
Республика Татарстан |
|||||
|
4361,1 100 |
292,1 6,7 |
126,9 2,9 |
1908,9 43,8 |
1731,2 39,7 |
302,0 6,9 |
Примечание: * в числителе - тысяч га; в знаменателе – проценты.
Второе место по распространению в почвенном покрове Предволжья занимают черноземные почвы. Их площадь составляет 262,1 тыс. га или 36,8 %. Дерново-подзолистые и дерново-карбонатные почвы занимают, соответственно 29,1 и 29,9 тыс. га или 4,1 и 4,2 % от общей площади сельскохозяйственных угодий. Оставшуюся площадь, равную 61,6 тыс. га (8,6 %), почвенного покрова занимают пойменные, болотные и другие почвы, которые играют подчиненную роль.
Таким образом, в почвенном покрове двух муниципальных районов (Буинский и Дрожжановский) преобладают высокоплодородные черноземы, а в остальных шести районах серые лесные почвы. Сравнение распространенности основных типов почв в Предволжье и в целом в Республике показывает, что исследуемый нами регион представляется миниатюрной копией Татарстана. Как видно, в обоих случаях доминантными являются серые лесные почвы, а субдоминантными – черноземы.
Характер изменения распределения почв разной степени гумусированности пахотных почв Предволжья РТ иллюстрируется секторными диаграммами рисунка 1.
Результаты первого тура определения гумуса в IV цикле агрохимического обследования показали, что на долю почв, с низким и очень низким содержанием гумуса, приходилось соответственно 97,6 и 64,7 тыс. га, что составило 17,8 и 11,8 % от обследованной площади. Почвы пашни с повышенным и высоким содержанием гумуса в сумме ровнялись 267,1 тыс. га, то есть 48,9 % от общей площади. Доля пахотных почв со средней гумусированностью составила 117,4 тыс. га или 21,5 % от пашни.
В следующем цикле агрохимического обследования (1991-1995 гг.) обнаружилась слабая тенденция улучшения гумусного состояния пахотных почв региона. На это указывает уменьшение площадей пашни, имеющих очень низкое и низкое содержание гумуса, при одновременном увеличении доли почв, имеющих повышенное и высокое содержание гумуса. Так, если в IV цикле агрохимического обследования сегмент почв, имеющих очень низкое и низкое содержание гумуса, составил 29,6 %, то в V цикле – только 21,2 % об общей площади, а доля почв, содержащих повышенное и высокое количество гумуса, наоборот, увеличилась с 48,9 до 56,6 %.
Результаты следующего VI цикла обследования пахотных почв, проведенного в 1996-2000 гг., не показали значимых изменений в содержании гумуса, хотя слабая тенденция сокращения площадей более гумусированных почв обнаружилась: доля почв с повышенным и высоким содержанием гумуса, по сравнению с предыдущим циклом обследования, сократилась на 2,9 %.
В течение двух последующих циклов агрохимического обследования (2001-2005 и 2006-2010 гг.) происходило постепенное уменьшение площадей почв, обеспеченность которых гумусов оценивалась как повышенная и высокая, при одновременном увеличении доли низко- и среднеобеспеченных.
Особенно резкие изменения произошли в сегменте низкообеспеченных (увеличение за 10 лет в 2,2 раза) и высокообеспеченных (уменьшение за 10 лет в 2,5 раза) почв.
Результаты предпоследнего цикла обследования (2011-2016 гг.) демонстрировали некоторое улучшение обеспеченности почв региона гумусом. Оно произошло, главным образом, за счет 2,6 кратного увеличения доли почв с высоким содержанием гумуса при одновременном 1,6 кратном уменьшении низкогумусированных почв.
Наиболее значимые изменения площадей почв, различающихся по содержанию гумуса, обнаруженные в последнем цикле агрохимического обследования заключаются в 1,5 кратном увеличении доли почв с повышенным и в 1,4 кратном уменьшении доли почв с низким содержанием гумуса, что свидетельствует о некотором улучшении гумусированности пахотных почв.
Рис. 1 - Изменение содержания гумуса в пахотных почвах Предволжья Республики Татарстан по циклам агрохимического обследования
Средневзвешенное содержание гумуса в пахотном слое по циклам агрохимического обследования почв исследуемого региона варьировало в пределах от 4,42 до 4,82 % (рис. 2).
Рис. 2 - Динамика средневзвешенного содержания гумуса в пахотном горизонте по циклам агрохимического обследования почв Предволжья Республики Татарстан
Однако, нам не удалось обнаружить статистически значимую тенденцию изменения содержания гумуса, о чем свидетельствует величина коэффициента детерминации (R²= 0,0034).
В то же время, говоря об изменениях содержания гумуса в пахотных почвах региона за 35 лет следует иметь в виду то, что за этот период площадь пашни региона заметно уменьшилась (табл. 2).
Таблица 2 – Изменение площади обследованных площадей пахотных земель Предволжья Республики Татарстан по циклам агрохимических обследований
|
Единица измерения |
Циклы и годы обследования |
||||||
|
IV, 1986-1990 гг. |
V, 1991-1995 гг. |
VI, 1996-2000 гг. |
VII, 2001-2005 гг. |
VIII, 2006-2010 гг. |
IХ, 2011-2015 гг. |
Х, 2016-2020 гг. |
|
|
Обследованная площадь |
|||||||
|
тыс. га |
546,8 |
539,7 |
539,2 |
530,8 |
523,5 |
517,2 |
489,8 |
|
% |
100,0 |
98,7 |
98,6 |
97,1 |
95,7 |
94,6 |
89,6 |
Так, если в годы IV цикла агрохимического обследования (1986-1990 гг.) площадь пашни составила 546,8 тыс. га, то в последний срок наблюдения (2016-2020 гг.) она равнялась 489,8 тыс. га, то есть сократилась на 57 тыс. га или более чем на 10 %. Если предположить, что из пашни были выведены относительно менее плодородные участки и, в связи с этим под относительной стабильностью гумусного состояния остающихся в использовании пашни возможно завуалируется определенная дегумификация почв.
Исследования показали, что пахотные почвы муниципальных районов Предволжья весьма существенно различаются по средневзвешенному содержанию гумуса. Наименее гумусированными (2,64-2,74 %) являются почвы северных районов Предволжья – Зеленодольского и Верхнеуслонского районов, пашни которых преимущественно расположены на дерново-подзолистых, светло-серых лесных и дерново-карбонатных почвах. Почвы пашни Камско-Устьинского района, основной массив которых сосредоточен на различных подтипах серых лесных и дерново-карбонатных почвах, также характеризуются относительно невысоким содержанием гумуса – 3,42 %. В следующих трёх районах – Апастовском, Кайбицком и Тетюшском муниципальных образованиях, где доминантными являются серые лесные почвы, а субдоминантными – черноземы лесостепные, средневзвешенное содержание гумуса варьирует в интервале 4,11-4,99 %, то есть примерно в 1,5 раза выше уровня гумусированности почв предыдущих трёх районов. В почвах Буинского и Дрожжановского районов средневзвешенное содержание гумуса составило соответственно 5,96 и 7,62 %.
Статистическая обработка данных по распространенности различных типов, подтипов почв и средневзвешенного содержания гумуса в пахотных почвах муниципальных районов Предволжья республики показала наличие тесной зависимости между этими переменными (рис. 3). Зависимость средневзвешенного содержания гумуса в пахотных почвах муниципальных районов от доли нечерноземных почв - серых лесных (тип), дерново-подзолистых, дерново-карбонатных и светло-серых лесных почв была отрицательной. Гумусированность пахотных почв наиболее сильно коррелировала от суммарной доли дерново-подзолистых, дерново-карбонатных и светло-серых лесных почв (R²= -0,91). Положительная корреляция и максимальная высокая степень зависимости средневзвешенного содержания гумуса была от суммарной доли черноземных и темно-серых лесных почв (R²= 0,96).
Выводы. Таким образом, в почвенном покрове двух муниципальных районов (Буинский и Дрожжановский) преобладают высокоплодородные черноземы, а в остальных шести районах серые лесные почвы. Среди районов, на сельскохозяйственных угодьях которых доминируют серые лесные почвы, субдоминантными представлены либо дерново-подзолистые (Зеленодольский район), либо дерново-карбонатные (Верхнеуслонский, Камско-Устьинский районы), либо черноземные почвы (Кайбицкий, Апастовский, Тетюшский районы). В целом в Предволжье РТ наибольшее распространение в общей площади сельскохозяйственных угодий получили серые лесные почвы, занимающие площадь 330,2 тыс. га или 46,3 %. Второе место по распространению в почвенном покрове Предволжья занимают черноземные почвы. Их площадь составляет 262,1 тыс. га или 36,8 %. Дерново-подзолистые и дерново-карбонатные почвы занимают, соответственно 29,1 и 29,9 тыс. га или 4,1 и 4,2 % от общей площади сельскохозяйственных угодий. Оставшуюся площадь, равную 61,6 тыс. га (8,6 %), почвенного покрова занимают пойменные, болотные и другие почвы, которые играют подчиненную роль.
Рис. 3 - Зависимость средневзвешенного гумуса в пахотных почвах муниципальных районов Предволжья РТ от типов и подтипов почв
Сравнение распространенности основных типов почв в Предволжье и в целом в Республике показывает, что исследуемый нами регион представляется миниатюрной копией Татарстана: в обоих случаях доминантными являются серые лесные почвы, а субдоминантными – черноземы. За 35 лет наблюдений площадь пашни региона сократилась на 57 тыс. га, предположительно за счет вывода из сельскохозяйственного оборота менее плодородных земельных участков, что в определенной мере стабилизировало гумусное состояние почв, остающихся в составе пашни. Средневзвешенное содержание гумуса в пахотном слое по циклам агрохимического обследования почв исследуемого региона варьировало в пределах: от 4,42 до 4,82 %, однако, эти колебания оказались статистически несущественными (r= -0,06). Положительная корреляция и максимальная высокая степень зависимости средневзвешенного содержания гумуса была от суммарной доли черноземных и темно-серых лесных почв (R²= 0,96).
1. Федеральный закон от 16.07.1998 № 101-ФЗ «О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения» (с изменениями и дополнениями).
2. Кудеяров В. Н., Соколов М. С., Глинушкин А. П. Современное состояние почв агроценозов России, меры по их оздоровлению и рациональному использованию // Агрохимия. 2017. № 6. С. 3-11. https://doi.org/10.7868/S0002188117060011.
3. Сычев В. Г. Современное состояние плодородия почв и основные аспекты его регулирования. - М.: Российская академия наук, 2019. 328 с.
4. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. Под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. 240 с.
5. Гилязов М. Ю., Лукманов А. А., Муратов М. Р. Длительное применение удобрений и продуктивность пашни. Казань: Изд-во Казанского университета, 2016. 220 с.
6. Лукманов А. А. Ресурсный потенциал выщелоченных чернозёмов Среднего Поволжья. Казань: Казанский ГАУ, 2021. 265 с.
7. Гаффарова Л. Г., Давлятшин И. Д. Статистические параметры морфологического строения и свойств пахотных дерново-подзолистых и серых лесных почв Привятской полосы лесостепной зоны Республики Татарстан. Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2019. 130 с.
8. Борисов Б. А., Ганжара Н. Ф. Органическое вещество почв (генетическая и агрономическая оценка). М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2015. 213 с.
9. Красная книга почв Республики Татарстан / А. Б. Александрова, Н. А. Бережная, Б. Р. Григорьян, Д. В. Иванов, В. И. Кулагина. Под ред. Д. В. Иванова. -1-е. изд. Казань: Фолиант, 2012. 192 с.
10. Структурирование почв в присутствии интерполимерного комплекса хитозан-полиакриловая кислота / Л. К Оразжанова, Ж. С. Касымова, Б. Х. Мусабаева, А. Н. Кливенко // Почвоведение. 2020. № 12. С. 1498-1507. https://doi.org/https://doi.org/10.31857/S0032180X20120096
11. Травникова Л. С., Шаймухаметов М. Ш. Продукты органоминерального взаимодействия и устойчивость почв к деградации // Современные проблемы почвоведения. Науч. тр. Почв. ин-та. М., 2003. С. 356-368.
12. Панов Н. П., Савич В. И., Родионова Л. П. Экологически и экономически обоснованные модели плодородия почв. М.: РГАУ-МСХА: ВНИИА, 2014. 380 с.
13. Артемьева З. С., Кириллова Н. П. Пулы органического вещества почвы: состав, роль в процессах почвообразования и структурообразования, экологические функции // Бюллетень почвенного института им. В.В. Докучаева. 2017. Вып. 90. С. 74-96.
14. Когут Б. М., Сысуев С. А., Холодов В. А. Водопрочность и лабильные гумусовые вещества типичного чернозема при разном землепользовании // Почвоведение. 2012. № 5. С. 555-561.
15. Microaggregates in soils / K. Totsche, W. Amelung, M. Gerzabek et al. // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2018. V. 181. P. 104-136. https://doi.org/10.1002/jpln.201600451.
16. Влияние органического вещества почв на их кислотно-основное и окислительно-восстановительное состояние / В. И. Савич, В. Д. Наумов, И. И. Тазин, Н. Л. Каменных, А. М. Поляков, А. В. Арешин // АгроЭкоИнфо: Электронный научно-производственный журнал. 2022. № 3. [Электрон. ресурс] Режим доступа: http://agroecoinfo.ru/STATYI/2022/3/st_325.pdf. https://doi.org/10.51419/202123325.
17. Eldor A. P. The nature and dynamics of soil organic matter: Plant inputs, microbial transformations, and organic matter stabilization // Soil Biology and Biochemistry. 2016. V. 98. рр.109-126. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2016.04.001
18. Кулаковская Т. Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. М.: Агропромиздат, 1990. 218 с.
19. Водяницкий Ю. Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М.: ГНУ Почвенный институт им. В. В. Докучаева РАСХН, 2008. 86 с.
20. Шпедт А. А., Трубников Ю. Н. Оценка производительной способности и изменение свойств черноземов Красноярского края // Агрохимия. 2020. № 10. С. 9-14. https://doi.org/https://doi.org/10.31857/s0002188120100117.
21. Природа и природные ресурсы Республики Татарстан: иллюстрированная энциклопедия. Казань: Институт татарской энциклопедии и регионоведения АН РТ, 2019. 584 с.
22. Ежегодник Министерства экологии природных ресурсов Республики Татарстан «Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2021 году». Казань, 2022. 490 с.
