Статья: Модели прогноза химического состава торфяных почв Припятского Полесья под влиянием антропогенных факторов

Институт мелиорации, г. Минск, Беларусь

УДК 631.445.122:631.41

Модели прогноза химического состава торфяных почв Припятского Полесья под влиянием антропогенных факторов

Н.Н. Семененко, Е.В. Каранкевич

Для более рационального использования торфяных почв, сохранения и повышения их плодородия необходимо знать закономерности развития и тенденции трансформации их свойств под влиянием антропогенных факторов, уметь воздействовать на эти изменения. Учет состояния генетического потенциала почв конкретного поля позволяет существенно снизить удельные затраты на получение растениеводческой продукции, сохранить и/или повысить их плодородие. Решение этой задачи особенно актуально при ведении земледелия на антропогенно-преобразованных торфяных почвенных комплексах Полесья.

После осушения и в результате сельскохозяйственного использования в торфяных почвах за счет их уплотнения, минерализации органического вещества и эрозии уменьшается мощность торфяного слоя, изменяются генетические свойства. Процесс трансформации этих почв протекает постоянно. По мере «сработки» торфяного слоя его мощность в почвенном профиле уменьшается, а затем начинает припахиваться торф подпахотного слоя. В результате дальнейшей минерализации и сельскохозяйственного использования мощность торфяного становится меньше мощности пахотного слоя и начинает вовлекаться в оборот (путем припашки) подстилающая минеральная порода. На месте торфяных начинают формироваться почвы торфяно-минеральные, минеральные остаточноторфяные и минеральные постторфяные [1-10]. В связи с этими процессами за последние 40-50 лет использования торфяных почв Беларуси произошла существенная трансформация их фонда. В настоящее время из 901 тыс. га бывших торфяных, используемых в сельском хозяйстве, образовалось около 200 тыс. га органо-минеральных почв разной степени эволюции [11]. По прогнозу в перспективе площади этих почв могут достигнуть 350-460 тыс. га [1,2,4 и др.].

Проведенные в Институте мелиорации исследования показывают [12,13 и др.], что генетический потенциал антропогенно-преобразованных торфяных почв в настоящее время реализуется недостаточно. Происходит это из-за не полного учета особенностей этих почв, прежде всего, при размещении посевов сельскохозяйственных культур в полях севооборотов и применении удобрений.

Анализ литературных источников показывает [1-10,12-16], что по мере «сработки» торфа наряду с трансформацией морфологического строения почвенного профиля торфяных почв также существенно снижается содержание в них органического вещества, изменяется его состав, ухудшаются водно-физические, химические и биологические свойства, плодородие и производительная способность [17]. В ряде литературных источников [1,10,12 и др.] представлены данные по реперным участкам изменения содержания некоторых показателей химического состава торфяных почвах разных стадий эволюции. Однако в этих и других работах не приводятся формализованные статистически доказанные закономерности зависимости изменения химического состава от минерализации и снижения содержания органического вещества в торфяных почвах, что имеет важное значение для прогноза трансформации плодородия этих почв разной стадии эволюции. Такие данные могут быть объективным критерием при разработке рекомендаций по более эффективному использованию антропогенно-преобразованных торфяных почвенных комплексов в земледелии и при применении удобрений, а также служить одним из диагностических признаков при идентификации этих почв. В связи с планируемым введением в сельскохозяйственный оборот вновь осваиваемых мелиоративных объектов результаты подобных исследований имеют научное и практическое значение.

Цель исследования - установить закономерности трансформации химического состава торфяных почв за длительный период влияния антропогенных факторов и на этой основе разработать модели его прогноза и диагностические критерии торфяных почв различных стадий эволюции,

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для выполнения поставленных целей важно, чтобы объекты исследования находились в одном природном массиве (однородный ботанический состав торфа и грунтовых вод, подстилающей породой и др.). Методической основой проводимых исследований служит системный подход, сущность которого состоит в том, что изучаются не изолированные почвенные образования, а целый ряд почв, сформировавшихся в идентичных условиях. Для проведения наших исследований на болотном массиве «Хольче» Лунинецкого района Брестской области площадью более 25 тыс. га на землях ПОСМЗиЛ НАН Беларуси подобраны участки: неосушенный (заповедник) с мощностью торфа 75-85см и осушенные бывшие маломощные торфяники, на месте которых в результате использования под пашней в течение почти 50 лет образовались комплексы с торфяными, торфяно-минеральными, минеральными остаточно-торфяными и минеральными постторфяными почвами с различным содержанием органического вещества. Исходное состояние мощности торфа этих почв в 1956 г. до осушения составляло 65-85 см., т.е. было аналогичным с заповедником. Объектами исследований также являются участки старопахотной (50 лет в культуре) агроторфяной почвы, исходное состояние их оценивалось как среднемощный торфяник. Все почвы подстилаются песком. Ботанический состав торфа - преимущественно осоковый. Подобранные объекты исследований, включающие в общей сложности 17 участков, охватывают широкий спектр почв, содержание органического вещества (ОВ) в которых колеблется от 84,6 до 4,8%. На объектах исследований отобрано 45 смешанных почвенных проб. Для достижения удовлетворительной представительности смешанной пробы каждая из них составлялась из 5 индивидуальных. Для более объективной оценки влияния антропогенного воздействия на эволюцию агроторфяных почв пробы отбирались из 2-х слоев - 0-20 и 21-40 см. Все анализы по определению химического состава почв выполнялись в 3-х кратной повторности после мокрого озаления (Гинзбург и др., 1971). При выполнении аналитических работ за основу взяты известные методические подходы определения валового химического состава [18] в модификации авторов статьи для торфяных почв. Корреляционно-регрессионный анализ полученных результатов исследований проводили с использованием компьютерной программы Exсel.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Приведенные в таблице 1 результаты исследований показывают, что торфяные почвы разной стадии эволюции (название почвам дано в соответствии с новой классификацией) [9] значительно различаются по количественному и качественному составу химических элементов в слое почвы 0-20 см и, особенно, 21-40 см. Так, в пахотном слое почвы (0-20 см) содержание общего азота колеблется в пределах от 3,60% (ОВ=82,5%) до 0,16% (ОВ=4,8%); Р2О5 - 0,71-0,09; К2О - 0,17-0,05; СаО -1,490,01; MgО - 0,65-0,02; Na₂O - 0,076-0,015; Fe₂O₃ - 3,74-0,64%. В подпахотном слое (21-40 см) исследуемых почв содержание общего азота колеблется в пределах от 3,40% (ОВ=79,8%) до 0,07% (ОВ=4,4%); Р₂О₅ - 0,52-0,05; К₂О - 0,14-0,05; СаО - 1,58-0,01; MgО - 0,63-0,03; Na₂O - 0,09-0,02;

Fe₂O₃-3,60-0,57%. Химический состав торфяно-болотной неосушенной почвы (заповедник) отличается от агроторфяной почвы (ОВ=82,5%) более высоким содержанием азота и меньшим - фосфора, калия и магния. В целом с уменьшением содержания органического вещества в пахотном слое почв снижается содержание в них валовых форм азота, фосфора, калия, кальция, магния и железа.

Результаты корреляционно-регрессионного анализа зависимости изменений концентрации элементов питания в почве от содержания в ней органического вещества (ОВ) в слое 0-20 см показывают, что между азотом, калием, кальцием и содержанием ОВ в почве установлены тесные зависимо-

2=0,80-0,99), описываемые соответствующими уравнениями регрессиями. В целом более сла-

сти (R бая связь между содержанием в почвах ОВ и концентрацией фосфора, магния и железа. В то же время в слое почвы 0-20 см связь этих показателей более тесная (R²=0,63-0,66), чем для слоя 21-40 см (R²=0,46-0,66). Изменение содержания этих элементов в слое 0-20 см, наряду с содержанием ОВ, существенно зависит от уровня применения удобрений, известкования почв доломитовой мукой по отдельным почвам и (важным для динамики железа) окислительно-восстановительным потенциалом. Концентрация оксида натрия как в слое 0-20, так и в 21-40 см, исчисляется сотыми долями процента и практически не зависит от содержания ОВ в почве (R²=0,02-0,15).

На основании данных корреляционно-регрессионного анализа полученных зависимостей изменения показателей химического состава почвы от содержания в ней ОВ разработаны (табл. 2,3) модели прогноза химического состава торфяных почв разных стадий эволюции для пахотного (0-20) и подпахотного (21-40 см).

В настоящее время при почвенных исследованиях антропогенно-преобразованных торфяных почв используют преимущественно данные содержания органического вещества, их физические свойства и характеристики морфологического строения профиля [7-9]. По нашему мнению для более точной идентификации торфяных почв различных стадий эволюции целесообразно бы имеющиеся диагностические признаки этих почв дополнить данными химического состава. На основании приведенных и дополнительных результатов исследований рассчитаны в соответствии с новой классификацией [9] ориентировочные диагностические критерии химического состава торфяных почв разных стадий эволюции для слоя 0-20 см (табл. 4).

Таблица 1 Химический состав торфяных почв разных стадий эволюции

* * - Среднее из выборки определений

Таблица 2 Модели прогноза химического состава торфяных почв разной стадии эволюции (слой 0-20 см)

Таблица 3 Модели прогноза химического состава подпахотного слоя торфяных почв разной стадии эволюции (слой 0-20 см)

Таблица 4 Ориентировочные диагностические признаки химического состава торфяных почв разных стадий эволюции (слой 0-20 см)