Процессы постагрогенной трансформации минеральной части дерново-подзолистых почв: на примере железа, алюминия и марганца тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.27, кандидат сельскохозяйственных наук Шабанов, Михаил Викторович

  • Шабанов, Михаил Викторович
  • кандидат сельскохозяйственных науккандидат сельскохозяйственных наук
  • 2007, Санкт-ПетербургСанкт-Петербург
  • Специальность ВАК РФ03.00.27
  • Количество страниц 145
Шабанов, Михаил Викторович. Процессы постагрогенной трансформации минеральной части дерново-подзолистых почв: на примере железа, алюминия и марганца: дис. кандидат сельскохозяйственных наук: 03.00.27 - Почвоведение. Санкт-Петербург. 2007. 145 с.

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Шабанов, Михаил Викторович

Введение.

1. Содержание и формы соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых почвах.

1.1. Общее содержание соединений и форм железа в почвах.

1.2. Общее содержание соединений и форм алюминия в почвах.

Ч 1.3. Общее содержание соединений марганца в почвах.

1.4. Содержание соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых почвах.

1.5. Изменение содержания и форм соединений железа, алюминия и марганца при окультуривании дерново-подзолистых почв.

2. Объекты и методы исследований.

2.1. Объекты исследования.

2.1.1. Условия почвообразования.

2.1.2. Климат.

4 2.1.3. Растительность.

2.2. Строение профиля и морфологические признаки дерново-подзолистых почв.

2.3. Методы исследований.

3. Изменение физических и физико-химических свойств дерновоподзолистых почв при постагрогенной трансформации.

3.1. Плотность сложения и гранулометрический состав. 3.2. Валовой химический состав.

3.3. Показатели гумусового состояния почв.

3.4. Кислотно-основные свойства.

4. Поведение соединений железа, показатель аккумулятивности в ре-градированных и постагрогенных дерново-подзолистых суглинистых почвах.

5. Изменение содержания форм соединений алюминия в дерново-подзолистых почвах при постагрогенной трансформации.

6. Содержание валового марганца и его подвижных и активных форм в почвах после прекращения антропогенного воздействия.

7. Интенсивность протекания элементарных почвообразовательных процессов в дерново-подзолистых почвах и пути возможного использования реградированных земель.

8. Выводы.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Почвоведение», 03.00.27 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Процессы постагрогенной трансформации минеральной части дерново-подзолистых почв: на примере железа, алюминия и марганца»

Актуальность темы. В настоящее время все большее количество сельскохозяйственных угодий выводится из использования (Агропромышленный комплекс России, 2001). Этому способствовали различные факторы в экономическом развитии государства, что привело к увеличению площади залежных земель (Чернов Д.В., Кириллова Е.Л., 2000). По данным Госкомстата РФ площади таких земель уже к концу 2002 года составляли около 20 млн. га и продолжают увеличиваться (Anderson J. Р., и др., 2000,. Заварзин Г.А, 2001).

На заброшенных сельскохозяйственных землях начинаются естественные процессы восстановления растительности. Постепенно луговая растительность сменяется вторичным лесом. В результате этого происходит трансформация строения профиля и морфологии почв, начинают преобладать естественные процессы почвообразования.

Самовосстановление почв можно определить как совокупность естественных природных процессов, проявляющихся в «стремлении» почвенной системы вернуться в исходное, ненарушенное состояние. Явления самовосстановления почв известно давно; оно многократно «закономерно» происходило при под-сечно-огневом, переложном и залежном земледелии.

Почти все имеющиеся на сегодняшний день данные свидетельствует о том, что характер изменения химических свойств от первоначального состояния самой почвы и от возраста залежи и типа биоценоза. При этом признаки освоения сохраняются под лесом довольно продолжительное время, в частности повышенное содержание питательных веществ и гумуса (Апарин Б.Ф., Васильев A.M., 1981).

На протяжении 20 века поддержание плодородия сельскохозяйственных земель осуществлялась главным образом за счет применения минеральных удобрений и широкомасштабного известкования, что явилось одним из главных факторов существенного изменения биогеохимических циклов важнейших биофильных элементов в почвах и может коренным образом менять не только темпы, но и общую направленность процессов самовосстановления.

Дерново-подзолистые почвы составляют основу пахотного фонда Нечерноземной зоны России. Уровень их естественного плодородия, как правило, невысок. Но путем применения всех приемов улучшения плодородия около 15% пахотных дерново-подзолистых почв к началу 90-х годов 20 века было доведено до степени хорошей окультуренности (Ефимов В.Н., Иванов А.И., 2001).

За последние годы резко сократились капитальные вложения в сельское хозяйство и, как следствие этого, уменьшились количества вносимых удобрений и мелиорантов, в результате чего начались негативные изменения состава и свойств, высоко окультуренных почв, используемых в сельскохозяйственном производстве, то есть деградация плодородия.

Так, по данным Д.С. Булгакова с соавторами (2004), за последние 25-30 лет уровень плодородия пахотных почв за счет всех видов деградации снизился, примерно, на 10 - 12 %. За последние 5-6 лет на пашне (фактически используемой), примерно в 1,5 раза возросли площади кислых почв, примерно в 1,5 раза, усилились темпы ежегодного снижения содержания гумуса, отрицательный баланс NPK достиг примерно 100 кг/га в год. Таким образом, темпы снижения плодородия почв в результате деградации в эти годы возросли по сравнению с периодом с 1970 по 1990 гг. (Воробьев В.А., 2004).

В таежно-лесной зоне данный процесс проявляется наиболее интенсивно, учитывая критический характер земледелия. Отсутствие обработки, изменение характера растительного покрова, прекращение антропогенного воздействия приводит к существенным изменениям не только свойств и режимов почв, но и почвообразовательных процессов в целом, причем изменяется не только интенсивность их протекания, но и их направленность. Ранняя индикация и диагностика многочисленных процессов в почве, включая самовосстановление, можно осуществлять по кислотно-основным свойствам, гумусовому состоянию, а также различным формам железа, алюминия и марганца.

Железо, алюминий и марганец являются основными химическими элементами почвы, которые четко реагируют на изменение хода почвообразовательного процесса. Благодаря высокой реакционной способности эти элементы отличаются многообразием химических форм, соединений и глубокими трансформационными преобразованиями в почве. Распределение различных форм соединений железа и алюминия по профилю почв является индикатором направленности и скорости протекания ряда элементарных процессов почвообразования, что особенно четко проявляется в почвах элювиального ряда.

Соединения железа во многом определяют морфологический облик почв, особенно в гумидных ландшафтах, где железо является типоморфным элементом.

Изменение поведения железа, алюминия и марганца в почвах изучалось многими авторами, но после прекращения антропогенного использования еще не проводилось. Изучение механизмов процессов самовосстановления почв, выведенных из сельскохозяйственного использования, интересно как научное значение, так и определенный практический интерес, связанный с прогнозом их развития.

Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований явилось установление скорости и направленности процессов почвообразования и изучения распределения форм соединений железа, алюминия и марганца в дерново-подзолистых суглинистых почвах при прекращении антропогенного воздействия в следующем временном ряду 5,10, 15, 25, 35, 63 и 70 лет в различных поч-венно-климатических условиях (средняя и южная подзоны таежно-лесной зоны). В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Проследить изменение характера растительности, строения профиля и морфологических признаков реградированных и постагрогенных почв в сравнении с целинными и пахотными аналогами.

2. Определить характер изменения валового химического состава, гранулометрического состава и плотности сложения почв при отсутствии механической обработки.

3. Изучить особенности гумусового состояния и кислотно-основных свойств дерново-подзолистых суглинистых почв при смене растительности с культурной на естественную (луговую и лесную).

4. Установить влияние различного уровня антропогенной нагрузки на содержание различных форм железа, алюминия и марганца и характер их распределения по профилю почв.

5. Изучить характер изменения направленности процессов почвообразования при постагрогенной трансформации дерново-подзолистых суглинистых почв.

Научная новизна работы. Впервые проведен сравнительный анализ изменения физико-химических показателей дерново-подзолистых суглинистых реградированных и постагрогенных почв, а также их целинных аналогов в условиях средней и южной подзоны таежно-лесной зоны. Выявлена зависимость между климатическими факторами и физико-химическими параметрами почв. Установлено изменение поведения различных форм железа, алюминия и марганца в почвах после прекращения антропогенного использования. Идентифицированы элементарные почвообразовательные процессы, усиливающиеся после прекращения антропогенного использования.

Практическая значимость. Исследование реградированных земель позволяет рассмотреть изменения, происходящие в таких почвах во времени. Результаты показывают, что ранее окультуренные почвы при прекращении антропогенного воздействия теряют благоприятные свойства, приобретенные в процессе интенсивного использования.

В современных условиях ведения сельского хозяйства необходимо изучать свойства почв, оставленных без антропогенного воздействия, с тем, чтобы при необходимости расширения площади используемых земель в будущем иметь представление о состоянии реградированных почв в определенный момент времени. Это позволит выбрать наиболее оптимальный участок для повторного вовлечения в культуру, либо для использования в других целях. Положения, выносимые на защиту.

1. Изменения показателей плодородия почв после прекращения антропогенного использования

2. Результаты исследований по изучению содержания форм и групп соединений железа и алюминия в реградированных и целинных почвах.

3. Оценка содержания подвижного марганца в реградированных и постагро-генных почвах.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлены и доложены на ежегодной научно-практической конференции профессорского-преподавательского состава СПБГАУ (Санкт-Петербург, Пушкин 2005); международной научно-практической конференции «Агроэкология и научно-технический прогресс» (Санкт-Петербург, Пушкин, 2005); Всероссийской научной конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.В. Докучаева и 170-летию образования 1-й в России университетской кафедры агропочвенно-го направления (Санкт-Петербург, 2006); IX Всероссийской конференции «До-кучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2006).

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 8 работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, основных выводов и приложений. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 24 таблиц, J рисунков. Список использованной литературы включает 124 наименования, в том числе 24 источника зарубежной литературы.

Похожие диссертационные работы по специальности «Почвоведение», 03.00.27 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Почвоведение», Шабанов, Михаил Викторович

выводы

1. Сравнительные исследования (морфологическое) целинной лесной, пахотной и реградированных дерново-подзолистых суглинистых почв, формирующихся в одинаковых условиях рельефа в Киришском и Луж-ском районе Ленинградской области показали, что пахотные почвы заметно отличаются от целинных и реградированных строением профиля и физико-химическими свойствами. В реградированных почвах сохранились признаки прошлого окультуривания, которые постепенно исчезают при увеличении срока реградации.

2. Прекращение антропогенного использования привело к морфологическим изменениям пахотного горизонта. На поверхности сформировался слой дернины (0-3 см), а серогумусовый горизонт (AY) разделился по плотности сложения на слои 2 - 15 и 15 - 25 см, что вызвано неглубоким проникновением в почву корневой системы многолетних трав. В зоне уплотнения появляются признаки сегрегации, а в нижней части микрозоны элювиирования.

3. Целинные лесные почвы характеризуются низким содержанием гумуса, который сосредоточен в слое 4 - 15см. Процессы окультуривания привели к увеличению содержания гумуса в 3 раза и мощность гумусовой толщи в 2 раза. В реградированных и постагрогенных почвах содержание гумуса в первые годы реградации остается на уровне пахотной почве. Но с увеличением возраста залежи происходит снижение содержания гумуса и наблюдается дифференциация гумусового горизонта по данному показателю, с выраженной дегумификацией в нижней части. Причем этот процесс в почвах южной подзоны выражен более четко, чем в почвах средней подзоны вследствие различных гидротермических условий.

4. Запасы гумуса в слое 0-20 и 0-50 см практически одинаковы, что свидетельствует о низком содержании гумуса. При окультуривании происходит увеличение запасов гумуса в 2 раза. По мере зарастания сельскохозяйственных угодий запасы гумуса постепенно снижаются и приближаются к целинному аналогу. Содержание запасов гумуса в почвах средней и южной подзон различаются примерно в 1,5 раза, что опять же объясняется различием гидротермических условий.

5. В целинных почвах реакция среды сильнокислая, почва не насыщена основаниями. В результате антропогенного использования почв происходит нейтрализация реакции почв до 6,5 единиц pHkci, степень насыщенности почв основаниями повышается до 90 % При переходе почвы из пашни в залежь, происходит смена растительности, уменьшается степень насыщенности основаниями, увеличивается гидролитическая кислотность и показатель рН уменьшается.

6. Содержание валового железа в исследуемых почвах колеблется в узких пределах от 1,1 до 5,0%. Почвы средней и южной подзон среднеожелез-ненные, развитие оксидогенеза умеренно низкое. Профиль пахотной почвы слабо дифференцирован по содержанию несиликатного и аморфного железа. Небольшое увеличение содержания этих соединений наблюдается в иллювиальном горизонтах. В почвах средней подзоны несиликатные формы представлены аморфным и слабокористализованным железом. В почвах южной подзоны большая часть несиликатных форм представлена сильно- и слабоокристаллизованными соединениями, на долю аморфных приходится незначительная часть. По мере увеличения времени нахождения почв без использования несколько возрастает выраженность элювиально-иллювиальных процессов, что приводит к обеднению соединениями несиликатного железа. Вследствие развития оглеения в почвах средней подзоны сложно диагностировать элювиальные процессы. Коэффициент Швертмана указывает на высокую активность и преобладание аморфных форм железа.

7. Изменение содержания алюминия в профиле исследуемых почв также носит элювиально-иллювиальный характер. Элювиальность от почвы леса к пашни уменьшается и вновь увеличивается в реградированных и постагрогенных почвах. В почвах средней подзоны вследствие хорошей окультуренности и реакции среды близкой к нейтральной обменный алюминий не обнаружен, в почвах средней подзоны содержание обменного алюминия носит возрастающий характер от пашни ко вторичному лесу в следствие увеличения реакции среды.

8. Содержание марганца в ряду исследованных почвах в первую очередь обусловлено биогенным накоплением, основная масса валового, подвижного и активного марганца сосредоточена в основном в верхнем серогу-мусовом горизонте. В пахотных почвах основная масса марганца находится в агрогумусовом горизонте и резко уменьшается в нижней части профиля. При смене культурной растительности на естественную содержание марганца в профиле реградированных почвах увеличивается, а элювиальная часть профиля обеднена изученными формами марганца.

9. Сравнительный анализ почв средней и южной подзоны показывает, что различие гидротермических условий и степени окультуренности неоднозначно сказывается на физико-химических показателях почв.

10.Обработка почв приводит к смене природных почвообразовательных процессов (дернового и элювиального) на культурные. К 63 - 70 годам после прекращения антропогенного воздействия постепенно восстанавливаются соотношение и интенсивность элементарных почвообразовательных процессов. Дальнейшее использование реградированных почв возможно; под пашню, улучшенный сенокос. Экономическая эффективность вывода реградированных почв в пашню, показала, что срок окупаемости 70 летней почвы составляет 39 лет. Поэтому целесообразно и экономически более эффективно возвращать залежи в пашню почвы до 20 - 30 лет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Шабанов, Михаил Викторович, 2007 год

1. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.: Колос, 1969.304 с.

2. Агроклиматические ресурсы Ленинградской области (справочник). Л.: 1971.-119с

3. Агропромышленный комплекс России. М., 2001

4. Агрохимические методы исследования почв. Изд-во АН СССР, Почвен. ин-та им. В.В. Докучаева. М.: Наука, 1965. 436 с.

5. Анспок П.И. Микроудобрения. Л.: Агропромиздат, 1990. 272 с.

6. Апарин Б.Ф., Васильев A.M. Морфологические и физико-химические особенности залежных дерново-подзолистых почв на двучленных породах Новгородской области //Преобразование почв Нечерноземья при сельскохозяйственном освоении. М., 1981

7. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л.: Наука, 1980.-187 с.

8. Афанасьев Я.Н. Из области анаэробных и болотных процессов. //Почвоведение, XXV, № 6, М., 1930 с. 5 45

9. Белицина Г.Д., Василевская В.Д., Гришина Л.А. и др. Почвоведение. Ч. 1. М.: Высшая школа, 1988. 400 с.

10. Бергер К.К., Пратт П.Ф. Достижения в применении второстепенных элементов и микроудобрений/Удобрения. М.: Колос, 1965. С.313-374

11. Бызова Е.В., Соколова Т.А. Аморфные и слабокристаллизованные компоненты илистых фракций буроземов, подбуров и подзолов Южного Приморья //VIII Всесоюз. съезд ВОП: Тез. докл. Новосибирск, 1989. Кн. I. С. 15513

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.