Статья: Оценка энергетического ресурса деградированных почв сельскохозяйственных угодий

С использованием предложенной методики были рассчитаны биоэнергетические потенциалы лабильной части гумуса основных типов почв европейской части России (табл. 2) [24].

Таблица 2 - Биоэнергетический потенциал лабильной части почвенного гумуса различных типов почв (составлена О.Б.Хохловой c учетом данных Д.С.Орлова, 1985[18,19])

Из таблицы следует, что потеря одной тонны гумуса для разных типов почв соответствует потере различного количества биогенной энергии от 3,95 ГДж/т для дерново-подзолистых почв до 5,8 ГДж/т для черноземов. Следовательно, даже при равных вещественных потерях гумуса в процессе деградации, почвы теряют разное количество энергии и это следует учитывать при их восстановлении.

Оценка биоэнергетического потенциала почвенного гумуса выполнялась для зональных почв (таблица 1). Зная процентное содержание гумуса и объемный вес для каждой степени деградации, определялось количество гумуса в почвенном слое толщиной 20 см на гектар площади и биоэнергетический потенциал в ГДж /га при оптимальном состоянии почвы, а также при слабой, средней и сильной степени их деградации (табл. 3).

Таблица 3 - Биоэнергетический потенциал зональных почв при их оптимальном состоянии и разной степени деградации (ГДж/га) в слое 0,2 м

Примечание: в числители БЭП в ГДж/га, в знаменателе - снижение БЭП в % по сравнению с оптимальным значением.

Из таблицы 3 видно, что наиболее устойчивы к процессам деградации почвы черноземного типа: при слабой степени деградации потери биоэнегрии составляют 11 %, при этом у дерново-подзолистых почв потеря составляет 32%, а у бурых полупустынных - 31 %. Наименьшее количество энергии при деградации теряют черноземы типичные и обыкновенные 11 % при слабой степени деградации, 15-24 % - при средней степени и до 35% при сильной степени деградации, благодаря значительному запасу гумуса, хорошо выраженной буферной системы и высокоорганизованной структуры. Следует заметить, что при сравнительно малых в процентном содержании потерях количественные энергетические потери у почв черноземного типа достаточно велики и сопоставимы с потерями у дерново-подзолистых, серых лесных и бурых полупустынных почв. Утраченная энергия при сильной степени деградации у дерново-подзолистых почв составляет 216 ГДж/га, серых лесных 248, а у типичных черноземов до 360 ГДж/га. А это свидетельствует о том, что затраты энергии на восстановлении черноземных почв будут более значительны. Из таблицы 3 следует, что затраты энергии на восстановление различных типов почв будут разные, что связано с типом гумуса: соотношение гуминовых и фульвокислот. Так, для дерново-подзолистых почв наиболее энергоемким будет переход от слабой степени деградации до оптимального состояния по гумусу: потребуется 109,8 ГДж/га, а для перехода от сильной к средней всего 55 ГДж/га. Для типичных черноземов наоборот, наибольшие затраты энергии потребуются для перехода от сильной до средней степени деградации -157,6 ГДж/га, а дальнейшим эволюционирующим процессам в почве будут способствовать такие свойства черноземов, как высокая буферность и хорошая структурная организация, поэтому для восстановления от слабой степени деградации до оптимального состояния потребуется внести 139,2 ГДж/га. Таким образом, в черноземах аккумулированная биогенная энергия находится в более «защищенном» состоянии и существенно теряется только при высоком уровне деградации, в отличие от дерново-подзолистых почв, где незначительный уровень деградации приводит к значительной потере биогенной энергии.

Выполнен расчет дозы внесения наиболее распространенного органического удобрения - компоста на основе навоза крупного рогатого скота (КРС), у которого содержится до 60% органического вещества и биоэнергетический потенциал сухого вещества составляет 4,77 ГДж/т (табл. 4).

Таблица 4. Расчет дозы компоста на основе навоза крупного рогатого скота

Расчеты показали, что в процессе деградации теряется значительное количество энергии практически для всех типов зональных почв, из которых самыми уязвимыми являются почвы черноземного типа, для восстановления которых при сильной степени деградации потребуется внести почти 200 т/га органических удобрений. Причем даже при слабой степени деградации потребуется внести от 40 до 70 т/га.

При восстановлении деградированных почв необходимо не только восполнить дефицит органического углерода и питательных элементов, но самое главное восстановить энергетическую функцию и обеспечить эволюционное развитие почвы. Учитывая, что гумусообразование относится к гетерогенным процессам и зависит от величины удельной поверхности или гранулометрического состава, то для воспроизводства почвенного плодородия необходимо создание прочной структуры почвы с минеральными матрицами глинистой фракции, что позволит повысить влагоемкость почвы и будет способствовать закреплению биогенных элементов. Важнейшая роль принадлежит органическому материалу как источнику потенциальной энергии. При подборе органического вещества необходимо учитывать показатель кислотности, оптимальное значение которого составляет 6.5-7.5, так как при большей кислотности теряется часть гуминовых веществ и угнетается полезная микрофлора, в более щелочной среде часть фосфора переходит в недоступные для растения формы. Для трансформации органических веществ в гумусовые вещества требуется активизация микробиологических процессов. А это требует разработки специальных органоминеральных удобрений, обладающими всеми вышеперечисленными свойствами [8,9].

Заключение

Актуальность исследования заключается в формировании нового теоретического подхода к оценке энергетической функции почвы, обеспечивающей ее плодородие и устойчивость при антропогенном воздействии. В этой связи данные исследования направлены на выявление и раскрытие причин потери биоэнергетического потенциала почвой вследствие ухудшения основных агрохимических свойств и снижения запасов гумуса для зональных почв европейской части России. Ведущим подходом к решению поставленной задачи явилась разработка методики определения биоэнергетического потенциала органического вещества почвы, что позволяет рассчитать биогенную энергию (биоэнергетический потенциал) любого органического вещества исходя из его элементного состава на основе стехиометрии, закономерностей процессов биологического окисления и термодинамических законов.

В работе раскрыты закономерности снижения энергетической функции почв при изменении агрохимические свойства почв в процессе деградации. Показано, что наиболее подвержены деградации дерново-подзолистые и серые лесные почвы, уже при слабой степени деградации коэффициенты энергетического ресурса снижаются в 2 раза, а при средней степени деградации они практически теряют свою продуктивность. Более устойчивые к процессам деградации почвы черноземного типа благодаря значительному запасу гумуса, хорошо выраженной буферной системы и высокоорганизованной структуры.

Обоснованы энергетические затраты для восстановления деградированных почв в зависимости от степени деградации: показано, что наибольшие затраты энергии требуются для восстановления дерново-подзолистых почв и выщелоченных черноземов от 364.85 до 449.29 Гдж./га. Для восполнения утраченного плодородия рассчитаны дозы внесения органического удобрения.

Список литературы

Габбасова И.М. Деградация и рекультивация почв Южного Приуралья: дис. д-ра с.-х. наук. М.: МСХА, 2001. 45 с.

Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения российской Федерации в 2015 году. Министерство сельского хозяйства РФ. М. - 2017 г. - 198 с..

Егоров В.В., Фридланд В.М. и др. Классификация и диагностика почв СССР. М.:Колос, 1977, 233с.

Зайдельман Ф.Р. Гидрологический фактор антропогенной деградации почв и меры ее предупреждения //Почвоведение. 2000. №10.С.1272-1284

Информационный ресурс. Ecology:world soils charter//www.fao.org.

.Кирейчева Л.В., Лентяева Е.А. Восстановление антропогенно-деградированных почв земель сельскохозяйственного назначения // Агрохимический вестник. 2016. Т. 5. № 5. С. 2-6.

.Кирейчева Л.В., Лентяева Е.А., Безбородов Ю.Г. К вопросу оценки степени деградации зонально-провинциальных почв.//
Мелиорация и водное хозяйство: проблемы и пути решения. Материалы международной научно-практической конференции. М. Изд. ВНИИГиМ, 2016. С. 306-315.

.Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Повышение плодородия почв на основе внесения сапропелей // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2005. № 5. С. 37-39.

.Кирейчева Л.В., Яшин В.М. Эффективность применения органоми-неральных удобрений на основе сапропеля // Агрохимический вестник.- 2015.- №2.- С. 37-40.

.Козловский Ф.И. Теория и методы изучения почвенного покрова. М.: ГЕОС, 2003. - 535 с.

Королёв В.А. Физические свойства антропогенно преобразованных чернозёмов ЦЧО / В.А. Королёв // Проблемы антропогенного почвообразования. М.: Почв. инст. им. В.В. Докучаева, 1997. - Т. 2. - С. 166 - 169.

.Кривоконева Е.Ю. Агроэкологическое состояние плодородия черноземов Центрального Предкавказья :на примере Кировского района Ставропольского края: : Дисс. канд. биол. наук // НГМА. Новочеркасск, 2008. - 48 с

.Лененджер А. Основы биохимии.т.2.М.: Мир; 1985.368с.

.Литвинович А.В. Деградация хорошо окультуренных почв гумидных и аридных регионов / А.В. Литвинович. LAMBERT Academic Publishing, 2011. 278 с.

Масютенко Н.П. Научные основы и методы оценки энергетического состояния почв в агроландшафтах. Курск. 2004. 53с.

Научные основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий России и формирования систем воспроизводства их плодородия в адаптивно-ландшафтном земледелии: Т.1. Теоретические и методические основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий. Коллективная монография. - М.: Почв. ин-т. им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2003, 756 с.

.Овчинникова М.Ф. Особенности трансформации гумусовых веществ в разных условиях землепользования (на примере дерново-подзолистой почвы): Автореф. . д-ра биол. наук. М., 2007. - 48 с.

Орлов Д.С. Химия почв. Издательство: МГУ, 1985г. 376 с.

Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. - 254 с.

Панкова Е.И., Новикова А.Ф. Деградационные процессы на сельскохозяйственных землях России // Почвоведение. - 2000. - № 3. - С. 366-379

Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика от тепловых двигателей до диссипативных структур. Пер. с англ.: М.: Изд. Мир, 2009, 461с.

Рейнгард Я.Р. Деградация почв на юге западно-сибирской низменности. Автореф. дис. д-ра биол. наук., Тюмен. гос. с.-х. акад..- Омск, 2007. 45 с.