Изменение состава органического вещества под влиянием окультуривания почв

Органическое вещество торфяных почв представляет собой сложный комплекс, состоящий из остатков растений-торфообразователей, в разной степени гумифицированных, специфических гумусовых веществ, образовавшихся в результате биохимических и химических превращений растительных остатков, а также целого ряда промежуточных продуктов минерализации и гумификации.

Существуют разные подходы к изучению органического вещества торфа и разнообразные методы его фракционирования. Помимо методов изучения торфа как топлива, предложены методы фракционирования органического вещества торфяных почв, аналогичные методам, применяемым при изучении минеральных почв (Дроздова, 1959; Драгунов, Попова, 1969; Ефимов, Василькова, 1970; Бамбалов, 1974; Бамбалов, Беленькая, 1974). Все эти методы различаются характером экстрагирующего раствора и режимом экстракции - ее длительностью и температурой. В качестве экстрагирующих растворов чаще всего применяются растворы щелочи и пирофосфата натрия, а обработку проводят или при комнатной температуре, или при нагревании на водяной бане. При изучении фракционного состава органического вещества торфяных почв применение нагревания для извлечения основной массы гумусовых веществ (свободных и связанных с кальцием и несиликатными формами полуторных окислов) ед~

Количество углерода гумусовых кислот (% от С0$щ)9 извлекаемого разными экстрагентами

ва ли целесообразно, поскольку при этом возрастает опасность искусственной гумификации растительных остатков торфа.

Для сравнения двух обычно применяющихся реактивов для извлечения гумусовых веществ из почвы - щелочи и пирофосфата натрия - провели испытание их на двух образцах торфяных почв (целинной и окультуренной).

Наибольший выход гумусовых веществ наблюдался при применении щелочи после декальцирования почвы, пирофосфат извлекал в три раза меньше гуминовых кислот и в два раза меньше фульвокис- лот. Соотношение Сгк:Сфк было также неодинаковым при использовании разных экстрагентов. Применение смеси пирофосфата натрия и щелочи не позволяло выделить такое же количество гумусовых веществ, которое переходит в раствор при взаимодействии почвы с чистым раствором щелочи. Больший выход в раствор гумусовых веществ при применении щелочи обусловлен, по нашему мнению, более полным их извлечением без существенного воздействия щелочи на негумифицированную часть торфа.

При изучении состава органического вещества торфяных почв наибольшее распространение получил метод В,В, Пономаревой и Т.А, Николаевой (1959), Он близок к модификации метода И.В, Тюрина, которая широко используется в настоящее время для анализа гумуса минеральных почв (Пономарев, Плотникова, 1968), При помощи этого метода выделяются фракции гумусовых кислот, связан-

Рис. 16. Распределение по профилю торфяных почв содержания гу- миновых кислот и показателей их физико-химических свойств.

Арабские цифры на рисунке - номера разрезов. Е405 - коэффициент экстинкции при длине волны 465 нм.

ных с кальцием и с несиликатными формами полуторных окислов. Фракция 3 гуминовых кислот, выделяемая 0.02 н. раствором щелочи при нагревании и в минеральных почвах прочно связанная с минеральной частью почвы, в торфяных почвах имеет другую природу. Она включает в себя трудногидролизуемую фракцию гумусовых веществ и, по-видимому, частично продукты искусственной гумификации растительных остатков, которая может протекать под воздействием щелочи при нагревании.

Профиль торфяных почв не имеет столь четкой дифференциации по содержанию гумусовых веществ, как эго характерно для песчаных иллювиально-гумусовых подзолистых почв. Абсолютное содержание гуминовых кислот в них обусловлено ботаническим составом и степенью гумифицированности растительных остатков, слагающих торф.

На рис. 16 представлено распределение некоторых показателей содержания и состава гуминовых кислот по профилю торфяных почв. Анализам подвергались образцы, взятые из разрезов, которые ха- ректеризуют целинные и окультуренные торфяные почвы центральной части Кольского полуострова.

Количество гуминовых кислот, которое определялось в щелочной вытяжке после предварительного декальцирования, в большинстве случаев заметно изменяется по профилю почв. Общая тенденция при этом заключается в постепенном или резком увеличении его с глубиной. Однако не во всех почвах эта тенденция проявляется достаточно четко, в некоторых случаях содержание гуминовых кислот мало изменяется по профилю. Последнее относится в основном к верховым почвам, отличающимся невысокой степенью разложения торфа по всем глубинам (разрезы 4, 6, 10). Эти почвы характеризуются самыми низкими показателями содержания гуминовых кислот (4-7%), тогда как в переходных и, особенно, в низинных почвах количество гуминовых кислот может достигать 12-16% и более. В целом же содержание гуминовых кислот может сильно варьировать как в пределах профиля почвы, так и в разных почвах.

Гуминовые кислоты, вьщеленные из торфяных почв разного генезиса, заметно различаются по своим физико-химическим свойствам, в частности по интенсивности поглощения света растворами гуматов и их отношению к электролитам. Оптические свойства гуминовых кислот можно характеризовать величиной Е465* которая получается путем деления показателя оптической плотности раствора гумата натрия, определенного на спектрофотометре при длине волны 465 нм и толщине слоя 1 см, на концентрацию углерода в растворе (Плот^- никова, Пономарева, 1967).

профильного распределения гуминовых кислот в торфяных почвах и их физико-химических свойств.

Как было показано выше, осушение и окультуривание торфяных почв приводит к коренному улучшению их водно-физических свойств и некоторым изменениям в составе минеральной части почв. Усиление интенсивности минерализационных процессов, обусловленное улучшением аэрации, вызывает некоторую перестройку органической части торфяных почв. Об этом можно судить по данным, полученным нами при определении состава органического вещества целинных и окультуренных торфяных почв разного генезиса. Низинные почвы (разрезы 7, 9) сложены преимущественно травяно-осоково-гипно— выми торфами, которые вниз по профилю сменяются древесными и гипново-древесными. В верхней части профиля остаточно-низинной (переходной) почвы (разрезы 12, 13) преобладают остатки сфагновых мхов в сочетании с остатками древесных и травянистых растений. Вниз по профилю доля сфагновых мхов уменьшается. Почва верхового болота (разрезы 10, 11) сложена по всему профилю преимущественно сфагновыми торфами. Целинные (разрезы 7, 12 и 10) и окультуренные (разрезы 9, 13 и 11) варианты одних и тех же почв довольно блиоки по ботаническому составу торфов.

Содержание общего углерода, достигающее в торфяных почвах 40-50%, в результате длительного окультуривания несколько снижается, что является следствием усиления процесса минерализации торфа и увеличения в результате этого его зольности. В разных почвах это проявляется в неодинаковой степепи в зависимости от длительности окультуривания и ботанического состава торфов. Так, если сравнить верховые и переходные почвы, которые были освоены примерно в одно и то же время (в начале 5Q-x годов), то можно заметить, что в верховой почве изменения в количестве углерода более существенные (с 51 до 46%), чем в переходной (с 50 до 48%) Как в той, так и в другой почве такие изменения произошли только в самом верхнем слое; наиболее заметное влияние на содержание общего углерода оказало внесение извести, которое резко увеличило зольность торфов.

Более закономерно изменялось при окультуривании торфяных почв содержание общего азота. Для всех почв отчетливо проявляется увеличение его количества в окультуренных вариантах. Наиболее существенный сдвиг в этом отношении произошел в верхних горизонтах переходной и верховой почв, сложенных очень бедными азотом сфагновыми торфами. Поскольку при окультуривании содержание углерода несколько уменьшается, а азота, наоборот, возрастает, отношение С *. К1 в окультуренных почвах значительно более узкое, чем в целинных. Так, в верхних слоях переходной почвы оно изменилось от 43-30 до 21, а в верховой почве - от 60—57 до 47-39. В метавшей степени изменился этот показатель при окультуривании низинной торфяной почвы. Следовательно, наиболее значительные измене-

ния в количестве углерода и азота происходят при освоении слабо- гумифицированных торфов, сложенных в основном остатками сфагновых мхов.

Степень гумифицированноети органического вещества торфов, слагающих почвы разного генезиса, заметно различается. Наибольшая она в почвах низинных болот, где суммарное количество гумусовых кислот составляет 70-80% от общего содержания углерода, а самой низкой гумифицированностью отличаются верховые почвы (40-50%). В соответствии с этим и влияние окультуривания на состав органического вещества неодинаково: в большей степени оно проявляется при окультуривании верховых почв. Количество гумусовых кислот в окультуренных почвах этого типа возрастает по срав^- нению с целинными почти в 2 раза, тогда как при окультуривании низинной почвы эти изменения менее значительны.

Для всех почв характерна следующая закономерность: увеличение гумифицированноети органического вещества при окультуривании происходит в основном за счет увеличения содержания гуминовых кислот, в то время как количество фульвокислот при этом изменяется незначительно и в разных почвах неодинаково. Так, в низинной почве при окультуривании содержание их становится несколько меньшим (а гуминовых кислот - большим), поэтому соотношение Сгк:Сфк здесь не изменяется. В переходной и верховой почвах, в которых количество гуминовых кислот при окультуривании увеличивается в большей степени, чем в низинной почве, это соотношение становится более широким.при значительном преобладании гуминовых кислот. В целом можно отметить, что окультуривание торфяных почв способствует накоплению гуминовых кислот в пахотном горизонте и созданию более благоприятного соотношения гуминовых и фульвокислот.

Фракционный состав гуминовых кислот в торфяных почвах характеризуется преобладанием фракции 1 и почти полным отсутствием фракции 2. Только в известкованных почвах доля фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием, несколько увеличивается и составляет в верхних слоях почвы 4-6% от общего содержания углерода. Фракции 3 гуминовых кислот в торфяных почвах обычно меньше, чем фракции 1, и только в верховой почве она по содержанию не уступает фракции 1. Это связано, возможно, с некоторой искусственной гумификацией сфагнового торфа, отличающегося низкой степенью раз ложе нности, под влиянием щелочи при нагревании. На возможность такого явления указывали В.Н. Ефимов и М.Г. Василькова (1970, 1971).

Распределение фульвокислот по фракциям примерно такое же, что и распределение гуминовых. Наиболее подвижная фракция фульвокислот 1а в заметных количествах отмечается только в низинной почве, как целинной, так и окультуренной. В остальных почвах содержание ее, как правило, ничтожное.

Таким образом, осушение торфяных почв и их окультуривание вызывают изменение состава органического вещества. При этом повышается содержание азота, становится более узким соотношение

С : N, увеличивается доля гуминовых кислот и за счет этого возрастает степень гумифицированноети органического вещества торфа. Наиболее существенные сдвиги происходят при окультуривании сложенных слабогумифицированными торфами верховых и переходных торфяных почв, в ботаническом составе которых преобладают остат- ки сфагновых мхов. Как уже отмечалось, переходные, засфагненные с поверхности болота наиболее широко распространены в пределах лесной зоны Мурманской области и широко вовлекаются в сельскохозяйственное производство после осушения.