Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы рекультивации нарушенных земель (обзор литературы) 10
1.1. Рекультивация земель, нарушенных горнодобывающей промышленностью 10
1.1.2. Лесная рекультивация 13
1.2. Биосферные функции почв 18
Глава 2. Экологические условия Назаровской котловины 24
2.1. Геоморфология, рельеф .24
2.2. Климат .25
2.3. Почвенный покров .26
Глава 3. Объекты и методы исследований 27
Глава 4. Почвообразование в культурных лесных массивах на отвалах 37
4.1. Формирование морфологического облика инициальных почв 37
4.2. Физические свойства .45
4.3. Химические свойства .50
4.4. Биологическая активность 54
Глава 5. Гумусное состояние инициальных почв 64
5.1. Формирование гумуса инициальных почв 64
5.2. Компонентный и фракционный состав гумуса инициальных почв .70
Глава 6. Азотный фонд инициальных почв 85
6.1. Фракционный состав азота 85
6.2. Аммонифицирующая и нитрифицирующая способность инициальных почв 88
6.3. Взаимосвязь углерода и азота органического вещества почв .97
Выводы .102
Литература 104
- Лесная рекультивация
- Физические свойства
- Компонентный и фракционный состав гумуса инициальных почв
- Взаимосвязь углерода и азота органического вещества почв
Лесная рекультивация
Лесная рекультивация в нашей стране рассматривается как одно из важнейших направлений биологической рекультивации.
Создание лесонасаждений на отвалах как наиболее дешевый способ рекультивации был известен уже в середине прошлого столетия. Его дешевизна обусловлена тем, что лесные культуры растут на относительно бедных землях, не требуют тщательного выравнивания территории, при этом можно обойтись и без нанесения плодородного слоя (Гладкова, 1977).
Лесные насаждения защищают ландшафт от развития водной и ветровой эрозии, способствуют улучшению гидрологического режима региона, обогащению территории кислородом, снижают уровень загрязнения (запыления и загазованности). Кроме того, лесонасаждения на техногенных землях, окружающих поселки и города, выполняют роль рекреационных угодий, становятся источником получения древесины и других продуктов леса (Кузьмич, 2005).
Специфика техногенных объектов заключается в том, что формирование растительного покрова здесь идет на глубинных горных породах или других субстратах, совершенно или почти не затронутых процессами почвообразования и крайне обедненных органическими веществами и минеральными элементами питания, прежде всего азотом, иногда фосфором (Колесников, Моторина, 1978). Лесонасаждения на отвалах должны быть устойчивы к неблагоприятным экологическим условиям и иметь высокую мелиорирующую способность. Приемы и методы лесной рекультивации определяются физико-географическими условиями региона, характером нарушения и загрязнения, а также социально-экономическими критериями (Методические рекомендации…, 1982).
При облесении в первые годы освоения отвалов обычно применяли посевы почвоулучшающих культур, поскольку прямое облесение часто эффективно только на плодородных почвогрунтах. Предварительная посадка древесных видов почвоулучшателей позволяет быстро создать растительный покров на восстанавливаемых землях и подготовить условия для роста хозяйственно ценных видов. В. Ватсон и Д. Ричардсон (Watson, Richardson, 1978) установили, что процесс почвообразования на отвалах идет быстрее, когда создается смешанный растительный покров из древесной и травяной растительности. Л.П. Баранник (1981) отмечает, что лучшие показатели приживаемости и роста на рекультивированных породных отвалах угольных разрезов в Сибири характерны для малотребовательных к почвенному плодородию видов с олиготрофным типом корневого питания, способных к усвоению азота и других элементов-биофилов через микоризу: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L), лиственница сибирская (Larix sibirica), береза бородавчатая (Betula Verrucosa Ehrh), или для видов, образующих корневые клубеньки с азотфиксирующими микроорганизмами. Хорошо приживаются и дают приросты, соразмерные приростам на зональных ненарушенных почвах кустарники: жимолость татарская (Lonicera tatarica), рябинник (Sorbaria sorbifora), козья ива (Salix capcea). Далее Л.П. Баранник отмечает, что ограничено пригодными для техногенных ландшафтов Сибири следует признать виды, требующие для нормального роста и развития повышенной влажности или плодородия минерального субстрата. К их числу относятся: тополь сибирский (Populus sibirica), береза пушистая (Betula pubescens), рябина сибирская (Sorbus sibirica), спирея средняя (Spirica media).
Известно, что время посадки культур имеет важное значение для обеспечения высокой приживаемости. Посадку большинства растений рекомендуется проводить двухлетними сеянцами весной, а ели – четырехлетними осенью. Более ранние посадки сосны характеризуются лучшей приживаемостью (Габеев, 1982). Проводится посадка обычно густотой (1х1,5 м, тополь – 3х3 или 3х4 м) сразу после разравнивания отвалов (в этот или на следующий год). В.Э. Каар (1975) отмечает, что приживаемость культур на выровненных отвалах в основном зависит от погодных условий и содержания влаги в почвогрунтах во время посадки и укоренения. У культур, посаженных непосредственно после таяния снега, приживаемость равна 95-99%, у посаженных во 2 и 3 декадах мая – от 81 до 94% в зависимости от погодных условий. В Сибири условия для рекультивации сравнительно благоприятны, т.к. вскрываемые породы часто выходят на поверхность естественных природных комплексов и поэтому для растительности не являются «чуждой» средой (Т.П. Федосеева, 1977). В.И. Щербатенко и Е.Р. Кандрашин (1977) рекомендуют при лесной рекультивации использовать травосмеси, основным компонентом которых являются бобовые. Такие травосмеси должны надежно охранять поверхность отвалов от эрозии, улучшать обеспеченность древесных пород влагой и необходимыми элементами питания, ускорять процессы почвообразования. Увеличению прироста древесных видов способствуют внесение удобрений, посев в междурядьях бобовых трав (донника).
На отвалах формируется особый микроклимат: температурные условия характеризуются резкими колебаниями в приповерхностных слоях, снижение уровня грунтовых вод приводит к прямой зависимости количества влаги на отвалах от атмосферных осадков, рельефа участка, гранулометрического состава грунтов, а также культивируемых растений (Моторина и др.,1971; Терехова, Ланина, 1978).
Посадка леса на молодых отвалах, где гранулометрический состав благоприятен для роста растений, часто более успешна, чем на старых отвалах. Полное выравнивание не дает преимущества, т. к. в результате уплотнения ухудшается аэрация и водный режим субстрата (Geger, Rogers, 1972). На новом техногенном экотопе формируются новые пионерные ценозы, начинающиеся с заноса диаспор с окружающих отвалы естественных массивов и агроценозов (Тарчевский, Чибрик, 1970). Формирование растительного покрова проходит стадию открытого фитоценоза, простой и сложной группировки и обычно завершается зарослевым или сложным фитоценозом (Зайцев и др., 1977). К двух десятилетнему возрасту формируется растительность, представленная отдельными экземплярами и мозаичными участками. В основном это сорные виды, что объясняется их нетребовательностью к условиям произрастания, а также наличием рядом с отвалами участков с деградированной растительностью, значительное участие в составе агроценозов сорных видов, обладающих высокой энергией семенного и вегетативного размножения, также способствуют зарастанию отвалов (Лялько, 1995).
Возраст техногенных комплексов редко превышает в наши дни 20-30 лет. Они находятся на начальных этапах первичного синтеза, редко характеризуются растительностью, достигшей стадии открытого невыработанного сообщества, имеют молодые почвы с зачаточным морфологическим расчленением на основные почвенные горизонты. Все компоненты техногенных лесных биогеоценозов слабо развиты, межкомпонентные и межбиогеоценотические связи выражены плохо, продуктивность нередко понижается по сравнению со средне зональной (Колесников, Моторина, 1978). В различных физико-географических условиях при отсутствии фитотоксичных групп пород вскрыши развитие почв в большинстве случаев идет по зональному типу и тесно связано с развитием растительного покрова.
Целесообразность выращивания культур того или иного вида древостоев в конкретных экологических условиях определяется в основном биологическими свойствами вида и почвенно-климатическими условиями.
Для рекультивации отвалов, созданных при открытых разработках полезных ископаемых, целесообразно использование видов широкой экологической амплитуды произрастания, способных адаптироваться к условиям специфической среды промышленных отвалов (Пикалов, 1978). При отборе ассортимента важнейшими характеристиками видов являются их олиготрофность, засухо- и солеустойчивость. В лесостепи Сибири все зональные виды лесных культур развиваются нормально. На песчаных и суглинистых почвах сосна формирует высокополнотные насаждения, а на черноземах она растет еще быстрее, но ее древесина худшего качества (Габеев, 1982).
Удовлетворительный рост сосны обыкновенной на рекультивируемых землях отмечал А.В. Побединский (1979). На отвалах вскрышных пород Байдаевского угольного разреза Кузбасса рост сосны существенно не отличается от ее роста на зональных ненарушенных почвах (Баранник, 1978). В молодом возрасте ведущими показателями, отражающими особенности роста насаждения, являются высота и прирост по высоте (Огиевский, Хиров, 1964). Максимальные годичные приросты сосны могут достигать 80 см. Так на Полпинском месторождении фосфоритов Московской области культуры сосны в пятилетнем возрасте имели прирост по высоте 27-32, в десятилетнем – 43-46, в пятнадцатилетнем – 56-75 см (Корнев и др.,1982). Колебания прироста по высоте связаны, как правило, с особенностями вегетационного периода. Данные листовой диагностики показали, что в хвое верхушечных побегов к концу вегетационного периода у высокобонитетных культур содержится 1.29-1.67% азота, а у низкобонитетных – 0.71-0.83%.
Создание лесных культур в экстремальных условиях отвалов вскрышных пород должно основываться на принципах полезащитного лесоразведения. Для Сибири вопросы подбора культур, способов посадки и агротехники ухода разработаны лабораторией полезащитного лесоразведения ИЛ СО РАН под руководством Е.Н. Савина (Савин, 1970; 1977; 1980; 1981).
При полном смыкании крон древостои начинают выступать в качестве эдификаторов, определяющего формирование травяного покрова. О начальной стадии формирования специфической лесной среды свидетельствует появление мхов, некоторых видов грибов, обычных для молодых зональных культур. Образование подстилочно-торфяного горизонта происходит уже в 10-летнем возрасте в сомкнутых насаждениях сосны.
Физические свойства
Вскрышные породы выступают в качестве почвообразующих пород инициальных почв и мелкозем по генезису оказывается двуединым образованием, состоящим из продуктов физического выветривания и гранулометрического состава естественных почвообразующих пород и смеси вскрышных пород с различных глубин залегания (Трофимов, 1975). Продолжительные исследования инициальных почв техногенных ландшафтов в Кузбассе показали, что в составе суммы фракций 0,05 мм преобладают фракции крупной пыли и ила (Андроханов и др., 2004). Аналогичные расчеты гранулометрического состава натурфабрикатов Назаровской котловины свидетельствуют, что на крупную пыль приходится 19 27%, ил – 44-54% суммы тонких фракций. Лессовидные и желтобурые суглинки и глины региона содержат 24-45% крупной пыли, 16-49% ила, что дает основание считать, что гранулометрический состав почв техногенных ландшафтов Назаровской котловины также является двуединым образованием продуктов физического выветривания почвообразующих пород естественных почв, некогда занимавших территорию угольного разреза и унаследованного гранулометрического состава глубинных вскрышных пород (табл. 3). Парцеллярная структура фитоценоза и неоднородность формирующихся почв техногенных ландшафтов различных регионов позволяет считать, что четкость границ парцелл и контрастность свойств инициальных почв не везде совпадают и являются важными диагностическими признаками почвообразования. Для природных ландшафтов характерна нечеткость и ослабление связей между компонентами биогеоценозов, исследования морфологических, физико химических и химических свойств инициальных почв на отвалах более четко выражена взаимосвязь формирующихся фитоценозов и почв (Таранов, Кандрашин и др., 1979). Размеры накопления органического вещества и других химических элементов в органогенных горизонтах литостратов существенно отличаются от содержания их в хаотичных смесях минеральной толщи. Содержание гранулометрических фракций в почвенной массе и распределение их по глубинам в литостратах является следствием различных технических способов вскрыши угольных разрезов и формирования отвалов, но довольно близко.
Отмеченное повышенное, содержание крупнозема (песчаных и крупно пылеватых фракций) в литостратах в сравнении с почвами естественного происхождения является результатом техногенного образования отвалов и дальнейшая физическая дезинтеграция крупнозема на элементарные составляющие, среднюю и мелкую пыль, глинистые частицы будет происходить очень медленно и возможна лишь под влиянием химического воздействия, на более поздних стадиях развития почвы по мере развития биологического круговорота и формирования ее гумусной системы.
Повышенное, в сравнении с гранулометрическим составом почв естественного происхождения, содержание песчаных и крупнопылеватых фракций является следствием техногенного разрушения обломочного материала, вынесенного на поверхность при формировании отвалов. Дальнейшая физическая дезинтеграция этих частиц на элементарные составляющие, среднюю и мелкую пыль и глинистые частицы, будет происходить очень медленно, и возможна лишь под влиянием химического воздействия, т. е. на более поздних стадиях развития почвы, по мере формирования ее гумусовой системы (Шугалей, Чупрова, 2013).
Исследованиями Н.Л. Кураченко (2013) агрегирования техногенных почв показано, что формирование водопрочных агрегатов определяется количественным и качественным составом лабильного углерода и тесно связано с формированием гумусной системы инициальных почв.
Агрегированность исследованной толщи отвалов низкая (табл. 4). Объемная и удельная массы обусловлены минералогическим и гранулометрическим составом субстрата (Шугалей, Яшихин, 1996). Высокая УМ свидетельствует о кварцевом составе песчаных фракций, а низкая ОМ и высокая порозность (П) – о рыхлой их упаковке. Темно-серые лесные почвы, сформировавшиеся на желто-бурых карбонатных глинах хр. Арга, имеют более плотное сложение по сравнению с отвалами (табл. 5).
Компонентный и фракционный состав гумуса инициальных почв
По качественному составу органическое вещество подстилочно-торфяных горизонтов и первичных гумусовых аккумулятивных горизонтов минерального профиля близко органическому веществу зональных лесных почв (табл. 12).
Проведенное ранее изучение фракционного и группового состава гумуса в сосняках 1 класса (10-11 лет) возраста на технически рекультивированных отвалах показало, что органическое вещество подстилочно-торфяного горизонта в окнах содержит более высокое количество фракций гуминовых кислот, а под кронами сосны примесь древесного опада способствует образованию более кислых продуктов трансформации растительного вещества опада-подстилки. В системе гумусовых веществ первичного гумусового горизонта на негидролизуемый остаток приходится 30-38% общего углерода. Сравнение фракционного и группового состава гумуса первичного гумусового горизонта под культурами сосны на отвалах вскрышных пород с гумусом агросерых почв показывает, что формирование гумусового комплекса инициальных почв на отвалах происходит по типу, свойственному серым почвам лесостепи Сибири. На это указывает формирование органогенного горизонта, преобладание в составе гуминовых кислот фракций 2 ГК и 3 ГК.
Основные различия в качественном составе гумуса обусловлены комплексом фульвокислот. В зрелых серых почвах сосняков преобладает фракция 3 ФК, связанная с устойчивыми R2O3 и глинистыми минералами, об этом свидетельствует и фракционный состав гумуса и агросерой старопахатной почвы, которая, несмотря на агрогенную трансформацию и последующее искусственное облесение сосной, сохранила генетические признаки серых лесных почв естественного происхождения. В молодых почвах, формирующихся на отвалах, выделяются преимущественно подвижные формы ФК.
Содержание свободных гуминовых и связанных с Са кислот очень низкое и низкое. Отношение СГК: СФК позволяет считать, что формирующиеся инициальные и старопахотные агропочвы имеют гуматно-фульватный и фульватный тип гумуса.
На различную подвижность углерода, входящего в состав гумусовых веществ современных почв, внимание обращалось ранее и его предлагалось делить на две главные категории: биологически активный углерод и биологически инертный. Биологически активный углерод органического вещества, поступающего в почву в процессе биологического круговорота, подвергается трансформации (Пономарева и др., 1975; Ганжара, 1997; Фокин, 1979). Биологически инертный углерод – стабильный гумус, это фактически показатель абсолютного возраста современных почв (Герасимов, 1971; 1976). Молодые почвы отвалов обладают не только низкими запасами стабильного гумуса, но и качественный состав гумуса в них отличается более высокой подвижностью, чем в почвах естественных лесных биогеоценозов региона.
Органическое вещество в инициальных почвах техногенных ландшафтов и агросерых старопахотных почвах неоднородно. Оно подразделяется на углерод легкоминерализуемого органического вещества (ЛМОВ), которое включает мортмассу подстилочно-торфяного горизонта, детрит (мертвый корневой материал) минеральной толщи и углерод стабильного гумуса. Исходя из кинетики гумификации, оно подразделяется на лабильное органическое вещество (ЛОВ) и подвижное (ПОВ) (Пономарева, Плотникова, 1975; Когут, 1987). Известно, что скорость реакций зависит от условий среды: качественного состава и концентрации взаимодействующих компонентов мортмассы, температуры, влажности, реакции почвенного раствора. Лабильные формы органического вещества представлены органическими остатками, постепенно перерабатываются педобионтами и микроорганизмами в подвижные формы, или на длительный период консервируются на поверхности органогенного горизонта и в минеральной толще (Фокин, 1979; Александрова, 1980; Тейт, 1991; Орлов и др., 1981; Орлов, 1985).
Подвижные формы органического вещества объединяют продукты растительных остатков и гумуса, легко переходящие в растворимое состояние и являются ближайшим резервом микробиологической трансформации органического вещества почвы.
На Бестранспортном отвале гумусообразование замедленно вследствие менее благоприятных экологических условий: неудовлетворительное перемешивание грунтов при экскаваторной вскрыше, более высокое содержание угольной пыли и кусков угля.
На подвижные гуминовые кислоты в органогенных горизонтах инициальных почв приходится 52-34%, в агросерых 23%. Коэффициент пространственной изменчивости этого показателя в органогенных горизонтах низкий (24-13%), но в минеральном профиле возрастает до 99-250%. Наиболее высокие запасы подвижных гуминовых кислот отмечены в органогенном горизонте инициальных почв Сереженского гидроотвала при вариабельности 13-20% (табл. 13, 14; табл. приложение 2).
Подвижный гумус представлен углеродом гумусовых соединений, легко переходящих в растворимое состояние: водорастворимые (CН2О) и щелочерастворимые (C 0.1n NaOH). Эти соединения подвергаются минерализации в первую очередь и принимают непосредственное участие в круговороте углерода. Водорастворимые органические соединения считаются первоисточником гумусовых веществ и наиболее доступным затравочным материалом для деятельности микроорганизмов при трансформации мортмассы (Когут и др., 1987 а, б; Чупрова, 2004, 2006; Ведрова, 2005). Они представлены смесью органических кислот, соединениями гуминовых и фульвокислот. Содержание CH2O в инициальных и агросерых почвах под культурами сосны невелико, наибольшее количество этой фракции отмечено в органогенном горизонте (табл. приложение 1).
Наибольшее содержание щелочерастворимых гумусовых веществ наблюдается в органогенных и верхней части аккумулятивных горизонтов минеральной части профиля.
Органогенный горизонт (подстилочно-торфяный) подразделяется на стратеграфические подгоризонты. Подгоризонт 01 представлен опадом осени прошлого года и весной текущего года. В нем сосредоточено на всех вариантах 12-16% углерода ЛМОВ (табл. 13, рис. 7, приложение 3). Основная (87-90%) часть подгоризонта представлена лабильными формами и только 9-13% приходится на подвижные (ПОВ). Подавляющая часть ПОВ приходится на углерод, извлекаемый 0,1 n NaOH.
Основная масса углерода органогенного горизонта представлена ЛОВ, различия по вариантам обусловлены возрастом и полнотой древостоев, интенсивностью трансформации опада-подстилки.
На углерод ЛМОВ минеральной толщи инициальных и агросерых почв приходится 21, 40, 48 и 37% соответственно на Восточном и Сереженском гидроотвалах, Бестранспортном отвале и агросерых почвах. ЛОВ минеральной толщи представлено корневым опадом и углеродом периферической части гумусовых кислот, слабо связанных с минеральной составляющей субстрата. На его долю приходится соответственно 72, 60, 25 и 54% от общих запасов ЛМОВ. Подвижные формы углерода на 99, 99, 98 и 99% извлекаются 0.1 n NaOH.
Структурный состав органического вещества инициальных почв имеет следующее соотношение компонентов углерода. Так, в инициальных почвах Восточного гидроотвала сосредоточено 20.69 тга-1 или 14% углерода ЛОВ, 8.22 тга-1 или 6% ПОВ и 118.91 тга-1 или 80% углерода стабильного гумуса. В инициальных почвах Сереженского гидроотвала на углерод ЛОВ приходится 17,18 тга-1 или 24%, ПОВ 11,58 тга-1 или 16%, углерод стабильного гумуса 42.22 тга-1 или 60%. В инициальных почвах Бестранспортного отвала основная масса углерода представлена ЛМОВ, так на углерод ЛОВ приходится 23.68 тга-1 или 12%, ПОВ 72.33 тга-1 или 36%, а на углерод стабильного гумуса 104.22 тга-1 или 52% общих запасов углерода. Агросерые почвы под культурами сосны отличаются от инициальных почв более высокими запасами углерода в стабильном гумусе и низкими запасами углерода в ЛМОВ, что обусловлено повышением биологической активности старопахотных почв по мере сближения по содержанию ОВ с естественными аналогами.
Взаимосвязь углерода и азота органического вещества почв
Распределение гумуса по горизонтам почвенного профиля специфично для каждого типа почв и обусловливает не только ее морфологические признаки (окраску, мощность и т.п.), но также биологические, химические и физические свойства. Азот почвы, являясь составной частью гумуса, служит показателем направленности и результативности почвообразовательного процесса. И.В. Тюрин (1956), считая аккумуляцию азота в гумусовых веществах характерным признаком почвенных образований, предлагал запас общего азота в почвах принимать за показатель их потенциального плодородия.
Накопление общего гумуса и азота в процессе почвообразования определяется биоклиматическими условиями региона. На географические факторы гумусообразования обратил внимание В.В. Докучаев (1954), который еще в 1883 году составил карту изогумусовых полос для Европейской части России. В дальнейшем географические закономерности гумусообразования и содержания азота в почвах нашли подтверждение в последующих исследованиях.
Накопление органического вещества и общего азота зависит от гидротермических условий региона и комплекса других природных факторов: возраста, полноты и состава древостоев (Ковда, 1973; Орлов, 1974, Пономарева, 1975; Попова, Лубите, 1975; Попова, 1983).
Изучение гумуса и азота инициальных почв представляет научный и практический интерес, поскольку с содержанием и качественным составом гумуса и органических соединений почвенного азота связаны аккумуляция и трансформация азота и зольных элементов, питательный режим почвы и регуляция минерального питания растений. Данные о количестве гумуса и азота также служат для производственной оценки качества почв - бонитировки. Для определения бонитета почв предлагается использовать запасы гумуса в качестве интегрального показателя уровня плодородия почв.
Как показали исследования, отношение C:N широкое и свидетельствует об обедненности гумуса как формирующихся под сосновыми массивами инициальных, так и агросерых почв, длительное время ( 40 лет) используемых ранее в сельскохозяйственном производстве в условиях периодически непромывного водного режима (табл. 25, приложение 8, 9, 10).
Регрессионный анализ содержания общего углерода и азота показал их полную зависимость, выраженную следующим уравнением: y=46.48х-2.959, где y-углерод x – азот. Коэффициент детерминации (r2) этих параметров 0.70, что указывает на прямую взаимосвязь содержания общего углерода и азота. Содержание азота на 70% определяется этой взаимосвязью. Средняя ошибка уравнения регрессии составляет 18.1%. Полученное уравнение адекватно и вполне отражающим взаимосвязь исследованных показателей. Из уравнения следует, что как углеродом, так и азотом сравнительно обогащен подстилочно-торфяный (органогенный) горизонт как инициальных, так и агросерых почв.
Регрессионный анализ содержания водорастворимого углерода и аммонийного азота показал полную зависимость этих показателей, выраженную следующим уравнением: y = 0.0146х-0.007. Коэффициент детерминации (r2) параметров 0.73 показывает, что содержание аммонийного азота на 73% определяется содержанием водорастворимого углерода органического вещества (приложение 11, 12). Средняя ошибка уравнения регрессии составляет 21.5%, что позволяет считать полученное уравнение адекватным и вполне отражающим взаимосвязь исследованных показателей.
Регрессионный анализ содержания щелочерастворимого углерода и нитратного азота показал их четкую зависимость, выраженную следующим уравнением: y = 0.4292х+0.2821. Коэффициент детерминации (r2) этих параметров 0.77 и свидетельствует о взаимосвязи нитратного азота с содержанием углерода органического вещества (приложение 13, 14). Средняя ошибка уравнения регрессии составляет 27.3%. Полученное уравнение адекватно, отражает взаимосвязь исследованных показателей.
Варьирование содержания гумуса в аккумулятивном горизонте инициальных почв довольно значительное (свыше 30%). В более глубоких слоях почв, вследствие его неравномерного сложения, промачивания, трещиноватости и языковатости, изменчивость признака выражена сильнее.
Содержание и распределение азота в инициальных почвах находится в прямой зависимости от количества гумуса. Для всех изученных почв характерно резкое снижение содержания гумуса и азота с глубиной: в нижней части полуметрового слоя азота в 2-2.5 раза меньше, чем в аккумулятивном слое.
Отношение углерода к азоту служит показателем обогащенности гумуса почв азотом и может быть использовано при оценке потенциального плодородия искусственных почв. В Сибири попытки использовать отношение углерода к азоту (C:N) в этих целях были сделаны К.П. Горшениным (1955). Выявлена связь между типом почв и соотношением С:N, а также роль климатических факторов в накоплении азота и гумусовых веществ. Этим самым подтверждено мнение Н.П. Ремезова (1953) и Тюрина (1956) о сужении в почвах отношения C:N с увеличением сухости климата и, следовательно, о формировании гумуса, обогащенного азотом.
Из их исследований сделаны следующие обобщения: вариационно-статистическая обработка данных показала, что на единицу углерода приходится минимальное количество азота в оподзоленных и выщелоченных черноземах и лугово-черноземных почвах. Величина C:N в черноземах сужается в ряду: оподзоленные-выщелоченные-обыкновенные-южные. Соотношение углерода и азота также сужается от оподзоленных черноземов к серым лесным и далее к дерново-подзолистым почвам. При этом в почвах разного генезиса (дерново-подзолистые и черноземы обыкновенные) наблюдаются близкие величины отношения C:N. По-видимому, это объясняется, прежде всего, неодинаковым количественным составом гумусовых веществ и условиями увлажнения территории. И.В. Тюрин отмечал, что уменьшение запасов азота к северу и югу от подзоны мощных черноземов происходит, в отличие от уменьшения гумуса (углерода), примерно с одинаковой быстротой. Относительное обогащение азотом на единицу углерода (C:N в пахотном слое – 9.6) найдено в почвах, формирующихся в условиях недостатка влаги – в черноземах южных.
В подпахотных слоях всех типов почв величина отношения C:N уменьшается, но так, что различия, отмеченные для горизонта Апах, сохраняются. Узкое значение C:N и увеличение разброса этого соотношения во втором полуметре обусловлены повышением содержания фиксированного аммония, концентрция которого в значительной степени определяется гранулометрическим и минералогическим составом пород. В связи с этим в нижних горизонтах почвы отношение C:N не может служить объективным показателем обеспеченности гумуса азотом.
Широкое соотношение C:N в инициальных почвах техногенных ландшафтов обусловлено низким содержанием гумуса и недостатком влаги в летний период.