Курские черноземы потеряли 14% «плодородных» веществ из-за водной эрозии

Ученые выяснили, что водная эрозия — разрушение почвы под действием обильных осадков и из-за избыточного орошения — приводит к тому, что черноземы теряют до 14% органических веществ. Эти соединения обеспечивают плодородие, поскольку служат основными питательными веществами для растений, а также помогают почве сохранять свою структуру, в частности рыхлость и размер частиц при увлажнении. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Agronomy.

На территории России находится 45% всех мировых черноземов — одних из самых плодородных почв. Но из-за интенсивного сельского хозяйства и неправильного орошения они деградируют: уплотняются и засоляются, а также теряют органическое вещество, необходимое для роста растений, а потому определяющее, насколько почва плодородна. Одна из основных причин деградации черноземов в Центральной России — это водная эрозия, то есть вымывание плодородного слоя с осадками, а также водами от излишнего полива. Однако до сих пор оставалось не до конца ясным, насколько сильно такое воздействие влияет на содержание и состав органических веществ, которые обеспечивают плодородие черноземов.

Ученые из Почвенного института имени В.В. Докучаева (Москва) и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) оценили влияние водной эрозии на химический состав и структурные характеристики почвы. Для этого авторы нашли на территории Курской области неразрушенные (неэродированные) участки почв, а также территории, в разной степени подвергнутые разрушению — слабо- и среднеэродированные черноземы. Неразрушенные почвы располагались на водоразделе (в самой верхней точке склона), где даже при обильных осадках вода медленно стекала вниз и практически не повреждала почву. Слабоэродированные черноземы находились ниже — в верхней части склона, где сток был интенсивнее и сильнее воздействовал на почву.

Среднеэродированные черноземы располагались в средней части склона. Исследователи взяли образцы почв каждого типа и проанализировали их структуру (размер почвенных агрегатов) и состав органического вещества.

Анализ показал, что черноземы преимущественно состоят из небольших почвенных частиц (агрегатов) величиной 1–2 миллиметра, однако в среднеэродированных почвах оказывается в два раза больше крупных (превышающих 1 сантиметр в диаметре) комков. Кроме того, по мере разрушения почвы в ней уменьшается количество сгустков гумуса (перегноя) — основного органического вещества почвы и важнейшей составляющей ее плодородия. Так, в среднеэродированном черноземе органического вещества оказалось на 14% меньше, чем в неразрушенном.

Затем авторы сравнили химический состав органических веществ в исследуемых черноземах. Для этого использовали метод пиролиза, при котором почву сжигают, и по полученным в результате остаткам — пиролизатам — оценивают, какие исходные соединения были в образце. Таким способом исследователям удалось обнаружить липиды (жиры), лигнины (компоненты древесины), аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, аминосахара и другие азотсодержащие соединения, поступающие в почву с отмершими растениями и останками животных.

Химический состав почвенного органического вещества неэродированных и среднеэродированных черноземов оказался схож: в них содержалось большое количество углеводов. В слабоэродированных почвах средней части склона относительное содержание этих молекул было невелико, при этом в составе органического вещества наблюдалось накопление азотсодержащих соединений и липидов. Это говорит о том, что в процессе эрозии углеводы легко вымываются и переносятся в низины, тогда как азотсодержащие соединения и липиды остаются выше на склонах.

Неоднородность состава почвенного органического вещества, возникающая под действием водной эрозии, влияет на степень проявленности факторов почвенного плодородия. Благодаря накоплению почвенных углеводов в нижней части склона формируются условия для высокой микробиологической активности почвы, а также активного образования почвенных агрегатов. Низкое относительное содержание углеводов в почве верхней части склона обуславливает недостаток легкоусвояемого субстрата для развития микроорганизмов и компонентов почвенного органического вещества, участвующих в формировании почвенной структуры.

«Органическое вещество важно не только для плодородия, но и для водоустойчивости почв — их способности сохранять структуру под действием влаги. Поэтому его потеря в результате эрозии способствует ускоренной деградации. В дальнейшем мы планируем подробнее изучить, как разные компоненты органического вещества эродированных почв влияют на ее водоустойчивость», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Оксана Плотникова, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории минералогии и микроморфологии почв Почвенного института имени В.В. Докучаева.