Роль органического вещества и азота в почвообразовании и плодородии почв

Органическому веществу принадлежит ведущая роль в генезисе почв, в создании и поддержании почвенного плодородия и в обеспечении растений элементами пищи. В обобщающих работах И.В.

Формирование профиля подзолистых почв происходит под влиянием гумусовых веществ, образующихся при гумификации растительных остатков, которые попадают на почву в виде опада. Гумусовые кислоты, взаимодействуя с минеральной частью почвы, разрушают первичные минералы, в результате чего образуется подзолистый горизонт, Продукты разложения минералов в виде органо-минеральных комплексов мигрируют вниз по профилю почвы, образуя в нижней его части иллювиальный горизонт. Интенсивность проявления подзо- лообразовательного процесса; зависит от биоклиматических условий: характера растительности, количества и состава опада, гидротермического режима почв, а также от состава почвообразующих пород.

Наиболее ярко проявляется значение гумусовых веществ при формировании профиля подзолистых почв на песчаных моренных и флю- виогляциальных отложениях (Пономарева, 1940, 1951; Барановская, 1951; Морозова, 1959), а также на массивно-кристаллических породах и продуктах их выветривания (Иванова, Колосов, 1937; Тар- гульян, 1966, 1971). Образующиеся на этих породах иллювиальножелезистые и иллювиально-гумусовые подзолы отличаются крайней степенью выраженности профильной дифференциации валового состава минеральной части почвы, а также состава и свойств органического вещества. Гумусовые вещества, главным образом очень подвижные и агрессивные фульвокислоты, в комплексе с полуторными окислами, передвигаясь вниз по профилю почвы и усредняясь, образуют иллювиальный горизонт, отличающийся значительной аккумуляцией органического вещества. Масштабы такого накопления определяют^- ся механическим и минералогическим составом почв и степенью внутрипочвенной дренированности.

Вопросы гумусообразования в почвах лесотундры и тундры освещены в ряде работ. И.Б. Арчегова (1972, 1974), сравнивая состав гумуса таежных и тундровых почв, отмечает возрастание гу- мусированности профиля с юга на север. При этом степень диффе— ренцированносги органического вещества по профилю уменьшается, а содержание прочно закрепленных фракций гумусовых веществ возрастает. Это связано с усилением поверхностного застоя влаги (Арчегова, Слобода, 1968). Гумусовые кислоты тундровых почв отличаются более простым составом, они слабополимеризованы (Гришина, Вириченко, 1973; Гришина, 1974). Это указывает на слабую гумифицированность органического вещества этих почв, поскольку процессы гумусообразования здесь остановились на начальных стадиях формирования специфических гумусовых веществ. Большое значение для гумусообразования имеют мерзлотные явления, которые определяют процессы трансформации органических веществ и распределения их по профилю (Караваева, Таргульян, 1960; Tedrow, 1965; Дергачева, Дедков, 1977).

Органическое вещество песчаных подзолистых почв Кольского полуострова изучено еще недостаточно полно. Первые исследования, проведенные В.В. Пономаревой (1940, 1951), показали своеобразие процесса гумусообразования в этих почвах. Ею отмечены три особенности характера накопления гумуса в почвах Хибинского горного массива: 1) распределение гумуса по профилю с двумя максимумами его накопления - в горизонтах Aq и В; 2) низкая окис- ленность гумуса в элювиальных горизонтах и высокая - в иллювиальных; 3) низкое содержание азота не только в торфянистых, но и в минеральных горизонтах. Причиной этих особенностей В.В. Пономарева считает климатические факторы, тормозящие разложение растительных остатков и обусловливающие преобладание гидролитических процессов превращения органических веществ над окислительными. Эти работы, хотя они и посвящены почвам горной области, дали первое представление о характере гумусообразования в своеобразных условиях Кольского Севера.

Более поздние исследования, проведенные на территории лесной, тундровой и лесотундровой зон (Барановская, 1975; Манаков, Иванова, 1975а; 19756; Манаков, Ушакова, 1975) подтвердили выводы, сделанные В.В. Пономаревой. Однако органическое вещество почв Кольского полуострова оставалось недостаточно изученным.

Обширная литература накоплена по вопросу о влиянии окультуривания на состав и свойства органического вещества подзолистых почв (Кононова и др., 1949; Завалишин, Надеждин, 1952; Бельчикова, 1961, 1965; Коротков, 1970а; Слобода, 1970; Литвиненко, Поддубный, 1971). Результаты этих исследований освещают характер преобразования гумуса под влиянием распашки и внесения органических и минеральных удобрений, известкования и выращивания растений. Все эти факторы окультуривания обусловливают формирование в освоенных почвах гумуса, который характеризуется более благоприятным групповым и фракционным составом и свойствами по сравнению с гумусом целинных почв. При этом решающее значение имеет интенсивность окультуривания, периодичность и дозы внесения органических удобрений и извести.

Влияние органического вещества на плодородие окультуренных почв многообразно. В суглинистых и глинистых почвах гумус является основным структурообразующим фактором; от состава и свойств его в таких почвах зависит характер и водопрочноеть структуры (Гедройц, 1926, 1933; Вершинин, 1958). В песчаных почвах, отличающихся бесструктурностью, органические вещества, обладающие большой влагоемкостью, способствуют улучшению водно-физических свойств.

Велико значение гумуса в питании растений. В гумусе аккумулируются большие запасы питательных веществ, которые при минерализации отдельных компонентов органического вещества могут переходить в подвижное состояние и усваиваться растениями. Помимо непосредственной роли органического вещества как источника питательных веществ, оно оказывает влияние на питательный режим почвы и рост растений путем активизации биологических процессов, протекающих в почве, и воздействия на корневые системы биологически активных веществ (Христева, 1951).

Исследования, проведенные в последние годы, позволили выявить связь гумусового состояния почв и содержания в них различных форм азота с их плодородием и продуктивностью растений на основе корреляционного анализа и определения количественных критериев, отражающих состав и свойства гумусовых веществ (Семенов и др., 1980; Гамзиков, 1981). Результаты этих работ позволяют подойти к прогнозированию изменений, происходящих в гумусовом состоянии почвы под влиянием агротехнических воздействий и органических удобрений, а также выявить наболее важные показатели, отражающие плодородие почв и их производительность.

Азот является важнейшим элементом, необходимым для питания растений. Общие его запасы в почвах могут колебаться в очень широких пределах (Кононова, 1963) в зависимости от биоклимати- ческих условий.

Как известно, преобладающая часть почвенного азота находится в составе органического вещества, главным образом, в форме гумусовых кислот (Тюрин, 1937; Шмук, 1950). Подвижность органического азота, связанного с гумусовыми веществами, зависит от генетических особенностей почв и гидротермических условий. В целом же растворимость органического азота в воде и слабых растворах минеральных кислот очень небольшая (Тюрин, Кононова, 1035), что свидетельствует о том, что большая часть азота содержится в сложных органических соединениях, прочно связанных с гумусовыми кислотами почвы. В последние годы обнаружено, что в некоторых почвах, особенно в их нижних горизонтах, значительная доля азота находится в прочно связанном состоянии, в частности в виде необменно фиксированного аммония (Могилевкина, 1965; Адерихин, Щербаков, 1974). В почвах Мурманской области, отличающихся незначительным содержанием глинистых минералов, количество необменного аммония составляет обычно десятые доли процента к общему содержанию азота (Кислых, 1977).

Различными приемами фракционирования можно разделить весь азотный фонд почвы на ряд групп, различающихся по степени по* движности, податливости к гидролитическому действию тех или иных факторов и по доступности отдельных почвенных фракций растениям и микроорганизмам. Эти методы основаны на применении кислот разной концентрации (Тюрин, Кононова, 1934; Шконде, Королева, 1964; Dremner, 1965), а также щелочи (Cornfield, I960) и других растворителей (Юрко, Кривоносова, 1972). В гидролизатах можно определить различные соединения азота (аминокислоты, аминосахара и др.).

Различные фракции органического азота имеют неодинаковую агрономическую ценность, которая должна рассматриваться прежде всего с точки зрения обеспечения растений доступными формами азота. Такими соединениями являются минеральные азотсодержащие вещества - аммоний и нитраты, которые легко усваиваются растениями, fir также аминокислоты, находящиеся в свободном состоянии. Легкогидролизуемые фракции азота, получаемые при анализе с использованием слабых растворов кислот и щелочей, считаются ближайшим резервом азотного питания растений (Шконде, Королева, 1964).

При помощи фракционирования азотистых веществ можно познать генетические особенности почвы, которые обусловливают формирование азотного фонда определенной структуры и свойств. В подзолистых почвах Кольского полуострова, отличающихся резкой профильной дифференциацией органического вещества, роль отдельных фракций азота в разных горизонтах различна

Как уже говорилось, среди подзолистых почв, формирующихся во всех природных зонах Кольского полуострова на песчаных зава- луненных почвообразующих породах, господствующее положение занимают иллювиально-гумусовые и иллювиально-железистые подзолы. Тем не менее зональные особенности почвообразования откладывают отпечаток на характер гумусового профиля почв, на содержание и состав органического вещества и азотистых компонентов в почвах. Решающее значение имеют биоклиматические условия разных природных зон, которые определяют объем фитомассы и величину поступления на почву ежегодного опада растительности и интенсивность его трансформации при участии микроорганизмов.

Рассмотрим состав и свойства гумусовых веществ и фракционный состав азота в подзолистых почвах тундры, лесотундры, северотаеж— ной подзоны и Хибинского горного массива. Были исследованы эктоморфные почвы, развитые на песчаных моренных и в отдельных случаях элювиально-делювиальных почвообразующих породах. В лесной зоне изучались, кроме того, полугидроморфные (торфянистоподзолистые иллювиально-гумусовые) песчаные почвы.