Кислотно-основное состояние черноземов выщелоченных при длительном использовании в пашне северной лесостепи южного Зауралья (стр. 4 из 10)

Образование и разрушение органических металлических комплексов сопровождается переходом протона:

М^z+ + H_zL

ML + zH⁺,

где L – комплексообразующий лиганд.

В насыщенных почвах преобладают Са- и Mg-комплексы, в кислых почвах – Al-комплексы.

Буферное влияние системы СаСО₃–Са(НСО₃)₂–СО₂–Н₂О. Реакцию среды системы регулирует равновесие реакции

СаСО₃ + [H⁺ + HCO^-₃]

Са(НСО₃)₂ Ca²⁺+ 2ОН^- + Н₂СО₃

Соответственно этому в карбонатных почвах растворение СаСО₃ снижает прибавку Н⁺, а образование (выпадение в осадок) СаСО₃ – избыток ОН^-.

То, в какой области рН наиболее эффективна та или другая буферная система, определяется постоянной диссоциацией протонированной формы функциональных групп, ведущих себя как слабые кислоты. Чем слабее кислота, чем сильнее связывает протоны протонированная форма, тем при более высоких значениях рН вступает в действие система. В различных фазах подкисления или подщелачивания – в зависимости от содержания коллоидов, их качества и насыщенности – в почве получают ведущую роль те или другие буферные системы [2, 12].

Б. Ульрихом (1980, 1983, 1986) разработана концепция буферных зон почв, в соответствии с которой те или иные компоненты почвы ответственны за создание буферности почвы, к кислоте в разных диапазонах значений рН, причем в пределах каждого диапазона ведущая роль принадлежит только одной буферной реакции.

Карбонатная буферная зона имеет значение только в почвах, содержащих карбонаты, и соответственно имеющих рН более 6,2. Основной буферной реакцией является растворение карбонатов.

Силикатная буферная зона играет наибольшую роль в диапазоне значений рН от 5,0 до 6,2. Основным механизмом буферности является замещение протонов щелочных и щелочноземельных металлов, входящих в кристаллическую решетку минералов. Буферная емкость в пределах этой зоны зависит от минералогического состава почвы, который определяет содержание оснований.

Ионообменная буферная зона соответствует диапазону значений рН от 4,2 до 5,0. Основной буферной реакцией является вытеснение кальция протоном из почвенного поглощающего комплекса. Прогрессивное подкисление вызывает переход почвы в состояние, соответствующее следующей – алюминиевой – буферной зоне.

Алюминиевая буферная зона соответствует диапазону значений рН 4,2-3,2. Основной буферной реакцией является освобождениеалюминия из глинистых силикатов.

Железистая буферная зона характеризуется очень низкими значениями рН (менее 3,2), при которых начинается растворение гидроксидов железа, которое является основной буферной реакцией [18].

Буферность и буферные свойства почв заключают в себе определенную, притом немалую, информацию о процессах почвообразования, которую можно использовать при решении вопросов диагностики и классификации почв. Информация об устойчивости почв относительно подкисления и подщелачивания может служить в качестве теоретической основы при решении общеэкологических задач и многих практических вопросов химизации земледелия [19].

2 Природно-климатические условия исследования

2.1 Агроклиматические условия

По биоклиматическим показателям территория Челябинской области подразделяется на подзоны: горно-лесная зона, северная лесостепь, южная лесостепь, степь; в Курганской отсутствует горно-лесная. Южная лесостепная подзона – это Агаповский, Верхнеуральский Еткульский, Троицкий и Увельский районы Челябинской области; Альменевский, Сафакулевский, Кетовский, Юргамышский районы. Расположена она также в пределах зауральского пенеплена Западно-Сибирской низменности и имеет типичный равнинный характер[20].

Южная лесостепная почвенно-климатическая подзона характеризуется относительно большим количеством тепла и явным дефицитом влаги.

Сумма эффективных температур более 10 °C составляет 2000-2150 °С. Этот уровень теплообеспеченности наступает 5-8 мая, заканчивается 19 сентября, то есть период активной вегетации растений продолжается 130-135 дней. Весной заморозки прекращаются обычно 17-20 мая, осенью случаются в третьей декаде августа. Такой температурный режим позволяет выращивать не только зерновые, но и многие другие, более теплолюбивые культуры.

По количеству атмосферных осадков южная лесостепь значительно уступает северной и тем более горно-лесной зоне. Здесь за вегетационный период их выпадает 190-225 мм. Гидротермический коэффициент (по Селянинову) не превышает 0,9-1,0, запасы влаги в почве к началу сева яровых зерновых бывают недостаточные – 115-135 мм в метровом слое, или 45-60 % от потребности сельскохозяйственных культур. Засуха и суховеи в районах южной лесостепи бывают практически ежегодно. Наиболее засушливый месяц – июнь. В этих условиях эффективное ведение земледелия возможно только при применении агротехнических приемов по накоплению, сохранению и экономичному использованию влаги.

Устойчивый снежный покров формируется в первой декаде ноября и сохраняется в течение 145-150 дней. Высота его увеличивается медленно. В начале декабря снежный покров достигает 10 см, в январе 15-20 см и только к концу февраля 30-40 см. При сильных морозах, достигающих в январе – 44-48 °С, почва глубоко (до 150-170 см) и сильно промерзает, а весной поздно оттаивает.

2.2 Почвенный покров

Южная лесостепь расположена в пределах зауральского пенеплена Западно-Сибирской низменности. Рельеф зоны типично равнинный.

В почвенном покрове преобладают черноземы выщелоченные, на долю которых приходится 34,8 % общей площади, 46 % пашни и 45,9 % сельхозугодий. Второе место занимают черноземы обыкновенные, распространение которых характеризуется соответственно такими показателями: 21,3, 30,7 и 26,7 %.

Большие площади занимают солонцы – 14,9 % общей площади, 12,2 % пахотных земель и 19,5 % сельхозугодий. более 3 % от площади почвенного покрова, 2,2 % пашни и 2,4 % естественных сельхозугодий приходится на серые лесные осолоделые почвы [21].

Чернозёмные почвы в лесостепной зоне представлены оподзоленными, выщелоченными и типичными черноземами.

Среди черноземных почв в каждой подзоне развиты их полугидроморфные аналоги – лугово-черноземные почвы. Они формируются в условиях повышенного увлажнения за счет временного скопления вод поверхностного стока при глубоких грунтовых водах или за счет относительно неглубоких грунтовых вод.

Профиль лугово-черноземных почв морфологически в основных чертах близок к профилю черноземов. Однако особые гидрологические условия придают ему и ряд специфических признаков: более интенсивная (обычно черная) окраска верхней части гумусового профиля, некоторая растянутость гумусового слоя и глееватость нижних горизонтов. Профиль лугово-черноземных почв подразделяется на следующие горизонты: А, (А_п), В₁ В₂, С. Лугово-черноземные почвы приурочены к плоским недренированным междуречьям, а также к пониженным элементам рельефа: широкие лощины, шлейфы склонов, лиманы и т. п.

Тип лугово-черноземных почв делится на два подтипа – луговато-черноземные и лугово-черноземные. Каждый из подтипов делится на роды: обычные, оподзоленные, выщелоченные, солонцеватые, солончаковатые, осолоделые, карбонатные. Деление на виды в пределах рода связано, как и у черноземов, со степенью выраженности родовых признаков (слабо-, средне- и сильновыщелоченные или солонцеватые и т.п.), а также с мощностью гумусового слоя (A + B₁) и гумусностью. Лугово-черноземные почвы, за исключением солонцеватых и солончаковатых родов, высокоплодородные. Они имеют повышенное увлажнение[22].

Луговые и лугово-черноземные почвы занимают 5,5 % земель сельскохозяйственного назначения. Сформировались они в пониженных элементах рельефа и при залегании грунтовых вод на глубине 2,5-5 м от поверхности почвы. По родовым классификационным признакам луговые и лугово-черноземные почвы подразделяются на оподзоленные, выщелоченные, карбонатные и солончаковатые. По гумусности и мощности перегнойного горизонта их классификация аналогична почвам черноземного типа.

Аллювиальные почвы в почвенном покрове имеют незначительный удельный вес. Под сельскохозяйственными угодьями их 0,9 %. Этот тип почв представлен преимущественно дерно-луговыми разновидностями.

По гранулометрическому составу лугово-черноземные луговые и аллювиальные дерно-луговые почвы относятся к средне- и тяжелосуглинистым разновидностям. Но среди них нередко встречаются почвы глинистого состава [23].

При средне- и тяжелосуглинистом гранулометрическом составе луговые и лугово-аллювиальные почвы в верхнем горизонте содержат 6,1-8,2 % гумуса, имеют хорошую оструктуренность. Водопрочные агрегаты размером более 0,25 мм составляют 41-52 % от общей массы. С глубиной структурность этих почв увеличивается, поэтому они имеют высокую общую порозность и порозность аэрации. В этих условиях создается промывной водный режим, исключающий возможность вторичного засоления почв при поливе и залегании грунтовых вод даже на уровне 4-5 м. Тем более что грунтовые воды в местах распространения лугово-черноземных и лугово-пойменных почв преимущественно пресные с минерализацией 0,4-0,8 г/дм³. В то же время следует отметить, что на территории южной лесостепи и степных районов возможно развитие солончакового процесса и формирование луговой солончаковой почвы.