Delist.ru

Особенности трансформации гумусовых веществ в разных условиях землепользования (на примере дерново-подзолистой почвы) (20.08.2007)

Автор: Овчинникова Мария Фёдоровна

2. Выявлен главный признак деградации гумуса при действии всех факторов – дегумификация, которая впервые рассматривается в широком значении понятия как ослабление процесса гумификации на разных стадиях, приводящее к снижению содержания и изменению состава гуминовых кислот, упрощению их структуры, усилению признака фульватного характера превращения органических веществ, в конечном итоге, ухудшению качества и потере определенного количества гумуса.

3. Доказана ведущая роль в проявлении признаков деградации и реградации гумуса первой и второй фракций гуминовых кислот, ответственных за обеспечение ценных качеств гумуса и рефлекторных к смене экологических условий. Выявлена адекватная реакция высокомолекулярных структур ГК на изменение условий гумификации. Впервые обоснована целесообразность применения показателей количественного соотношения ГК1 и ГК2 с соответствующими фракциями ФК для оценки интенсивности процесса гумификации на стадии новообразования ГК (Сгк1/Сфк1) и на стадии полимеризации и усложнения гумусовых структур, или формирования гуматов (Сгк2/Сфк2). Фульвокислоты (за исключением фракции 1а) рассматриваются при этом как предшественники ГК или как продукты их деструкции.

4. Выявлены различия гранулометрических фракций по роли в процессах гумификации, в детерминировании характеристик гумуса и гумусовых кислот и в проявлении признаков их деградации. Впервые установлено, что признаки химической, физико-химической и биохимической деградации, обусловленной деструкцией молекулярных структур ГК, отчетливо проявляются в наиболее подверженных трансформации тонкодисперсных частицах; выявлены различия в механизме деструкции и направленности изменений подвижности гумусовой системы в зависимости от конкретных форм агрогенных воздействий и специфики нарушения условий гумификации. Экспериментально обосновано, что водно-эрозионная и техногенная деградация гумуса связана с перераспределением наиболее вариабельных в количественном отношении фракций ЭПЧ (без их трансформации).

5.Разработан комплекс показателей для диагностики признаков химической, физико-химической, биохимической и механической деградации гумуса. Обоснована перспективность его применения для ранней диагностики признаков, прогнозирования тенденции их развития, характеристики степени выраженности на разных уровнях деградации, для оценки реградационных изменений свойств гумуса под влиянием агромероприятий. Проведена оценка информативности показателей в зависимости от уровня и вида деградации. Выявлены показатели, характеризующие ранние симптомы деградации, и показатели, предельные значения которых свидетельствуют о необратимости деградационных изменений.

Защищаемые положения.

1.Устойчивость (или предрасположенность) гумуса к деградации как отражение природных условий гумусообразования, определяющих параметры состояния гумусовой системы и характер ответных реакций отдельных компонентов на неблагоприятные воздействия. Главные характеристики гумуса, определяющие степень его устойчивости: уровень накопления гуминовых кислот, относительная доля гуматов в их составе, степень бензоидности ГК, содержание гуминового азота, в том числе азота устойчивых гетероциклов.

2. Дегумификация, или ослабление процесса гумификации на разных стадиях формирования гуминовых кислот и усиление фульватного характера превращения органических веществ – общий признак антропогенной деградации гумуса независимо от природы факторов и конкретных форм их проявления. Специфичность признаков в зависимости от вида деградации и негативных изменений факторов гумификации.

3. Целесообразность применения показателей Сгк1/Сфк1 и Сгк2/Сфк2 для оценки интенсивности процесса гумификации на разных стадиях формирования гуминовых кислот и для диагностики признаков деградации гумуса.

4. Неоднозначная роль гранулометрических фракций в процессах гумификации, детерминировании характеристик гумуса и гумусовых кислот, проявлении признаков деградации. Показатели количественного соотношения гумуса и гуминовых кислот, аккумулированных в пылеватых и илистых частицах, как отражение степени выраженности признаков гуматности (фульватности) гумуса и степени зрелости ГК.

5. Проявление признаков химической, физико-химической и биохимической деградации гумуса в условиях дефицита гумусообразователей, декальцинации, подкисления, ингибирования биологических процессов при агрогенных воздействиях – результат деструкции молекулярных структур гуминовых кислот. Последствия неоднозначного характера деструктивных процессов, отчетливо выраженных в тонкодисперсных частицах, в отношении характеристик ГК. Механическая деградация гумуса при водно-эрозионных и техногенных воздействиях - следствие перераспределения наиболее вариабельных в количественном отношении фракций элементарных почвенных частиц.

6. Сравнительная оценка информативности показателей, характеризующих общие и специфические признаки химической, физико-химической, биохимической и механической деградации гумуса. Ранние симптомы деградации; показатели и их предельные значения, свидетельствующие о необратимости деградационных изменений.

Практическая значимость. На примере дерново-подзолистых почв разработан комплекс показателей для диагностики признаков антропогенной деградации гумуса. Обоснована перспективность его применения в целях мониторинга гумусного состояния почв в условиях несбалансированного земледелия, в том числе для ранней диагностики признаков деградации и прогнозирования тенденции развития деградационных процессов, для характеристики степени выраженности признаков на разных уровнях деградации, для выбора оптимальных способов восстановления утраченных качеств гумуса. Все показатели характеризуют важнейшие свойства почв, тесно связанные с обеспечением плодородия и экологической стабильности; отличаются информативностью, рефлекторностью к изменению условий среды; относительной простотой в определении и расчетах, т.е. отвечают требованиям к показателям, контролируемым в ходе почвенного мониторинга. Комплекс показателей, разработанный на примере дерново-подзолистых среднесуглинистых почв подзоны южной тайги, может быть применен для диагностики признаков антропогенной деградации гумуса более широкого ряда почв Нечерноземной зоны (при идентичности механического состава и почвообразующих пород).

По материалам многолетних исследований подготовлены учебное пособие “Химия гербицидов в почве”, на его основе - учебный лекционный спецкурс для студентов ф-та почвоведения МГУ; монография “Дегумификация дерново-подзолистых почв” с практическими рекомендациями по оптимизации гумусного состояния деградированных почв.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на Всесоюзном совещании кураторов проблем ?? 5-летнего плана развития агрофитоценологии в СССР (Москва, 1979), Всесоюзном совещании “Комплексное изучение и рациональное использование природных ресурсов” (Калинин, 1980), Всесоюзной конференции “Мелиорация, использование и охрана почв Нечерноземной зоны” (Москва, 1980), зональной научной конференции (Горький, 1980), Всесоюзном симпозиуме “Микроорганизмы как компонент биогеоценоза” (Алма-Ата, 1982), межфакультетской научно-практической конференции “МГУ – сельскому хозяйству” (Москва, 1982), V??? и ?? Международных симпозиумах “Гумус и растения” (Прага, 1983; 1988), Всесоюзной конференции “Микроорганизмы в с.-х.” (Москва, 1986), Всесоюзном совещании “Агрофитоценозы и экологические пути повышения их стабильности и продуктивности” (Ижевск, 1988), съездах общества почвоведов (Санкт-Петербург, 1996; Новосибирск, 2004), международной научно-практической конференции “Приемы повышения плодородия почв, эффективности удобрений и средств защиты растений” (Горки, 2003), Международной научно-практической конференции “Экологические проблемы с.-х. производства” (Воронеж, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 78 работ, в составе которых 58 статей в отечественных и международных изданиях, учебное пособие “Химия гербицидов в почве”, обзор “Взаимодействие гербицидов с почвами”, монография “Дегумификация дерново-подзолистых почв”.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, изложена на стр. машинописного текста, включает

таблиц, рисунков и список литературы из наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему учителю Д.С.Орлову, под руководством которого работа начиналась на кафедре химии почв ф-та почвоведения МГУ и в дальнейшем была продолжена в лаборатории УО ПЭЦ МГУ “Чашниково”. Автор благодарен и признателен А.С.Владыченскому, М.И.Макарову, Н.В.Стасюк, С.Я.Трофимову, В.Г.Минееву, П.Н.Балабко за ценную консультативную помощь, конструктивные критические замечания, благожелательный интерес и поддержку в завершении работы, коллективам сотрудников кафедр ф-та почвоведения и лаборатории центра за совместное участие в полевых исследованиях в период летней студенческой практики и предоставленную возможность проведения исследований на производственных и опытных полях УО ПЭЦ.

Глава 1. Антропогенная деградация гумуса и особенности её проявления в разных почвенно-климатических зонах

Понятие деградация гумуса до настоящего времени не имеет четкого унифицированного определения, несмотря на возрастающую значимость изучения характеристик гумуса и нарушения его функций при неблагоприятных воздействиях. Во многих работах деградация гумуса оценивается односторонне лишь как потеря гумуса, которую часто называют дегумификацией (Макунина, 1987; Розанов и др., 1990; Жуков, 1991; Щербаков и др., 1996; Лях, 2001; Ефимов, Иванов, 2001; Деградация…, 2002). При этом остаются открытыми такие вопросы, как структура потерь гумуса, механизм деградации, изменения качества и последствия этих изменений в отношении агрономической и экологической ценности гумуса..

1.1. Факторы и виды антропогенной деградации гумуса

Среди факторов, вызывающих деградационные изменения свойств почв, различают факторы природного, агрогенного и техногенного происхождения (Кузякова, 1995; Ведерников, Ворожкова, 1997; Карманов, Булгаков, 1998). Деградация гумуса в почвах агроландшафтов наиболее часто проявляется при совместном воздействии природных и антропогенных факторов с возможным усилением негативного влияния одного или обоих факторов (Кузякова, 1995; Черников и др., 1995). Информация, имеющаяся в литературе, позволяет различать два основных вида деградации гумуса: 1) химическую, физико-химическую и биохимическую, обусловленную трансформацией молекулярных структур гумусовых веществ при действии факторов агрогенного и природно-агрогенного происхождения; 2) физическую и механическую, связанную с перемещением почвенного материала при водно-эрозионных и техногенных воздействиях (табл.1.1).

Таблица 1.1. Факторы антропогенной деградации гумуса и категории деградированных

Факторы

деградации

Характер антропогенных

воздействий

Вид деградации

Категории

деградированных

1.Агрогенные

Многолетнее с.-х. использование почв без агрохимических средств

Химическая, физико-химическая,

биохимическая

Агрогенно-деградированные

Длительное применение минеральных удобрений

Химическая обработка почв Биологическая и биохимическая

2.Природно-агрогенные

а) гидрологиче-

б) водно-эрозион-

загрузка...