Введение к работе
Актуальность темы. Гумус почв, являясь накопителем С, Р, S, микроэлементов, необходимых прежде всего доя роста и развития растительности, выполняет ресурсную функцию. По многим подсчетам исследователей мира установлено, что количество С, например, аккумулированного в гумусе, вдвое выше, чем в биомассе. Размеры накопления гумуса позволяют говорить о существовании особой оболочки Земли - гумосфере. Другая основная функция почвенного гумуса - обеспечение непрерывной жизнедеятельности организмов на Земле. Гумус - продукт живого вещества и его источник, одно из звеньев непрерывных трофических связей между различными жизненными формами. Однако после освоения почв и вовлечения их в длительное сельскохозяйственное производство происходит значительное ослабление и даже нарушение основных функций почвенного гумуса, что в целом может привести к серьезным экологическим последствиям .
В настоящее время проблема гумуса приобретает наибольшую практическую значимость, поскольку в глобальном масштабе происходят его потери. Глобальная проблема потерь гумуса стала наиболее серьезной в связи с деградацией почв и ожидаемым влиянием эмиссии углекислоты из почвы в атмосферу на проявление парникового эффекта. Многочисленные литературные сведения, нередко противоречивые и неоднозначные, тем не менее позволяют проследить общую тенденцию: постоянно идущие потери гумуса из всех или -почти из всех освоенных и длительно используемых почв, составляющие около 1 т/га в год, а иногда и более.
В обширном районе России - Западной Сибири, обладающей огромными и разнообразными по качеству земельными ресурсами, потери гумуса из почв весьма значительны несмотря на относительную молодость земледелия по сравнению со многими районами планеты. Особенно велики эти потери (до 0,8 т/га в год) в районах наибольшего освоения земель - в лесостепной и степной зонах.
Кроме общих потерь гумуса, состоящих из биологических (минерализационных) и эрозионных, происходят значительные его качественные и структурно-функциональные изменения, снижающие плодородие почв, что и предопределило необходимость выполнения данной работы. Цель работы - изучить изменения основных показателей гумусового состояния и структурно-функциональных параметров гумусовых кислот ав-томорфных почв зонально-широтных природных комплексов в условиях длительного использования их в земледелии.
Основные задачи:
-
Проанализировать опубликованные литературные материалы по проблеме изменения основных показателей гумусового состояния пахотных почв в сравнении с их целинными аналогами.
-
Изучить количественный и качественный состав общих потерь гумуса черноземов и каштановых почв, а также структурно-функциональные изменения гумусовых кислот в условиях длительного богарного и орошаемого земледелия.
-
Разработать понятие и критерии устойчивости гумуса как части агроэкосистемы, а также принципы предотвращения дальнейших потерь его из пахотных почв.
Научная новизна. Обобщены литературные материалы, отражающие изменения показателей гумусового состояния в автоморфных почвах зонально-широтных комплексов Западной Сибири под влиянием антропогенного воздействия - освоения почв и последующего длительного их использования в земледелии. Установлено при этом ослабление гумусообра-зования при сохранении в любом случае общей его направленности.
Впервые установлены как общие потери гумуса из почв на основе фракционно-группового состава гумуса, так и подвижных и устойчиво закрепленных минеральной почвенной основой его компонентов.
Экспериментально установлено и теоретически обосновано влияние длительного использования почв в земледелии на негативные изменения основных показателей гумусового состояния почв и структурно-функциональных параметров гумусовых кислот.
На основе комплексных экспериментальных исследований природы гумусовых кислот в богарных и орошаемых черноземах доказана деструктивная роль ненормированного периодического орошения в разрушении структуры гумусовых кислот.
Выявлены критерии экологической устойчивости гумуса и принципы предотвращения дальнейших его потерь из пахотных почв.
Защищаемые положения:
-
Устойчивость почвенного гумуса определяется способностью всех его состаляющих противостоять количественным, качественным и структурно-функциональным изменениям под влиянием антропогенных факторов.
-
Ослабление интенсивности и сохранение направленности гуму-сообразования в автоморфных почвах всех природных комплексов Западной Сибири под влиянием богарного и орошаемого земледелия сопровождается качественными, количественными и структурно-функциональными изменениями основных компонентов гумуса.
3. Темпы потерь гумуса из пахотных почв, негативные изменения
показателей гумусового состояния и структурно-функциональных параметров гумусовых кислот - фундаментальная основа для разработки мероприятий по проведению гумусовых мелиорации.
Практическая значимость и реализация результатов. Экспериментальная информация, полученная в процессе сравнительного изучения гумусового состояния почв и структурно-функциональных параметров гумусовых кислот целинных и пахотных почв позволяет сделать прогнозные расчеты сохранности гумуса в почвах при дальнейшем ведении существующей системы землепользования - недостаточном или полном отсутствии восполнения почвенного органического вещества в виде доступных органических мелиорантов. Негативные изменения показателей гумусового состояния и значительные структурно-функциональные нарушения с потерей азота, в частности, в системе гумусовых соединений при дальнейшем использовании почв в земледелии и особенно в связи с ненормированным орошением служат серьезным основанием для обеспечения бездефицитного баланса гумуса.
Разработанные основы проведения альтернативных гумусовых мелиорации в различных природных комплексах позволят предотвратить дальнейшие потери гумуса и повысить устойчивость его экологического функционирования.
Теоретический и экспериментальный материал данной работы может оказаться существенным дополнением для совершенствования экологического образования студентов, специализирующихся в области почвоведения, агрохимии, природопользования.
Материалы проведенного литературного и экспериментального анализа использованы для составления картосхемы гумусового состояния почв земледельческих территорий лесостепной и степной зон Новосибирской области.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на рабочих совещаниях по проблеме почвенного гумуса (Ленинград, 1973; Москва, 1978, 1981, 1984), конференциях по химии гумусовых кислот (Тюмень, 1981, 1984), Сибирском агрохимическом семинаре (Новосибирск, 1985), VIII съезде ВОП (Новосибирск, 1989), философском методологическом семинаре в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН (Новосибирск, 1991), II съезде РОП (Санкт-Петербург, 1996); материалы по гумусообразованию в сибирских почвах представлялись на Международном симпозиуме "Гумус и растение" (Прага, 1985) и Международном симпозиуме по физике, химии и экологии сезонно-мерзлотных почв (СПІАД997).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 43 работы, в том числе 5 монографий, одна из которых в соавторстве и три - коллективные.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, общих выводов, изложена на 269 стр., содержит 32 таблицы и 9 рисунков. Список литературы включает 243 наименования, в том числе 70 работ зарубежных авторов.