Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологические аспекты влияния различных факторов техногенеза на гумусовое состояние дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологические аспекты влияния различных факторов техногенеза на гумусовое состояние дерново-подзолистой почвы"

)

московская ордена Ленина

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ИГНАТЬЕВА Светлана Леонидовна

УДК 631.95 : 631.445.24 : 631.61

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ ТЕХНОГЕНЕЗА НА ГУМУСОВОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Специальность 03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1992

Диссертация выполнена в Московской сельскохозяйствен ной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственны наук, профессор В. А. Черников.

Научный консультант — кандидат химических наук, дс цент В. А. Кончиц.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, прс фсссор А. Д. Фокин, кандидат биологических наук, старши научный сотрудник В. А. Чуйко.

Ведущее предприятие — Институт почвоведения и фоте синтеза Российской академии наук (г. Пущино).

Защита диссертации состоится «Ж) » ....

1992 г. в «¡¿1'Н> час. на заседании специализированного совет К 120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академи имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, Тимирязевская ул., 4! Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан «//» . . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета — у/

кандидат биологических наук ¿¿л

' 4 Л. В. Мосина

1 ' л ОЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Дойность и незаменимость почвы как уникального природного образования, играющего важнейшую экологическую и экономическую роль в жизни человеческого общества, казалось бы, должны обусловить особо бережное отношение к ней, долглую организацию охраны, улучшение и разумное использование. К сотлвшш, в реальной казни это не так, и все шире распространяется необратимое изменение свойств или разрушение почв, одним из наиболое часто встречаемых видов которого является дегугафикздия. Однако в условиях обострившейся экологической ситуации било бы ошибочным все сводить лишь к накоплению органического вещества. Активное антропогенное вмешательство в почвообразовательна процесс подразумевает и изменение качественного состава гумусовых соединений.

В условиях Нечерноземной зоны РС2С? с преобладанием низкопродуктивных дерново-подзолистых почв проблема повшопия их пло- ' дородия крайне сложа и не имеет однозначного решения. На фоне интенсивной химизации земледелия выдвигается задача повше1шл эффективности минеральных и органических удобрений, успешное решение которой зависит от выбора наиболее рациональной системы обработки почвы. Однако экспериментальные изыскания большинства исследователей посвящены изучении влияния различных по интенсивности способов обработки на урожайность возделываемое культу, фито-санитарноз состояние посевов, агрохимические, агрофизические п биологические свойства почвы, ео противоэрозиеппую ззлетзкность.

Научная новизна. Нами была впервые предпргшята попытка изучить влияние механической обработки дерново-подзолистой почвы на состав и свойства гутлусовых кислот, полученных методом предельного извлечения без разделения на фульво- и гумкновые кислоты на основе комплекса современных методов физико-химического анализа

- 1 -

в длительном стационарном опыте. Кроме того, имеющиеся в литературе дашше, каеаядлеся трансформации гуплусовых кислот в случае применения минерально"; или органо-шнеральной систем удобрения на • окультуриваемых почвах носят единичный характер. Дополнительные исследования в атоп области позволят увеличить их достоверность. С этой мв точки зрения представляет интерес и рассмотрение эффективности используемых удобрений на фоне различных способов оора-ботки почва.

Цель я задачи. Цель работы заключается в выявлении роли различных способов обработки и систем удобрения е изменении качественного состава и свойств гумусовых кислот как вакцейшего элемента биокосиого компонента экосистем, а такке фракционио-группового и 1ШСЛОТНО—солового составов, гидрофильных свойств самой почвы. С этих позиций основной задачей проввденних исследований являлось -установить качественные изменения органического вещества под действием разнообразию; ^акторов техногене'за в процессе окультуривания изучаемой почвы и основные процессы» обусловливающие его тран-Сформлцгаэ'.

Нракткчеокяи значимость. Практическое щшоиеииа полученных результатов ьозмо.лю на основе выбора наиболее оптиглальных приемов воздействия на почву в плане воспроизводства благоприятного каЧестг.оиного состава ее органичоского вещества в зональной сис-темо эсгллоделия.

' ■Ут.о^апчя ра<5йт». Осиоише положения диссертации были доложены па научных конференциях молодых ученых ТСХА в 1ЬйО-92 годах.

С:'1ьпм свботн. Диссертация изложена на 201 странице машинолас-ного текста,состоит из введения.обзора литературы, Х.глав экспери-мейт.-'лиой части(1пшодов,списка литературы /306 наименований,ъ том число зарубиШых/. Б работа содержится 24 таблицы,?Л рисунка.

— о —

. ОБЪЕКТЫ И КВТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ Объектом исследований явилась дерново-подзолистая среднесуглинистая почва длительного полевого стационарного опита, залокен-ного в 1269 году в учхозе "Ь'яхайловское" ТСХА. ■

Опыт проводили по схеме: СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ГОТВИ:I /контроль/ - отвальная вспашка на 20-22 см,Ж - шнитпьнм фрезерная обработка на 8-10 см,]Х - трехъярусная вспашка на 38-40 см в сочетании с фрезерованном. СКСТС.Ш УДОЕРШъЧ: 1 - без удобрении /конт-. роль/, 3 - 2Д/РК ежегодно /112//120Г112К/, 5 - 2/|/РК + навоз /5Ст/га/

Отбор образцов проводила после уборки горохо-овсяной сглеси с глубины 0-10 и 10-20 см в 3-крагной повторноотл.

В почвенных образцах определяли: об'дий углерод по Тюрину, фракционно-грулловой состав гумуса по Понотрезой-ДпотняковоЗ, величину и константу скорости • набухания но Васильеву в модифа-. кацин Алешина, кислотно-солевое отношение по методике кафедры физической и коллоидной химии без разделения гумусовых веществ и с заменой спсктрофотометрического окончания на гравиметрическое.

В препаратах определяли: элементный состав /шкромзтодаш/, качественны!! состав функциональных групп и атоитх группировок •методом Ж-спектроскопии. /Ярекогх! и-80/, термоустоЛчивость /до-риштографическшг анализ, дериватограф 1500 Д/, структурно-груп-повоЗ состав с помощью метода пиролитической р/асс-спектрометрии /спектрометр 1«£Х—1-303 с пиролитической ячейкой, разработанной на кафедре физической и коллоидной химии ТУ.ХА/.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕД0БА1БЙ Кзуонйеий гутл'сового состояния перново-почзолистой почг.к под влиянием различите систем •удобрения и способов ее основной обработки Длительное применение различных способов основной обработки почвы в качестве самостоятельного приема окультуривания привело

к существенным потерям гумуса. Обычная отвальная вспашка вызывает наибольшую дегумификацио. Содерясание органического вещества в этом варианте за 18 лет снизилось на 36,5 и 38,5?$ для слоев 0-10 и 10-20 см соответственно. Сочетание минеральных и органических удобрений замедляет минерализацию гумусовых веществ, а при мини-мализацик обработки почвы содержание гумуса в поверхностном слое иочвц варианта 2//РК + навоз да^е несколько превысило таковое при закладке ошта. Воздействие отдельно вносим сс тупо а имеет аналогичную направленность, но в меньшей степени выражено.

Положительное действие органо-минеральной системы удобрения на качественное состояние гумусовых соединений заключается в Армировании агрономически более ценного гумуса в слое 0-10 см /происходит увеличение суммарного выхода гуминовых кислот при одновременном уменьшеьии. содержания фульвокислот/. В составе гуминовых кислот увеличивается содержание фракции, связанной с глинистыми минералами и устойчивыми полуторными окислами, тогда как содержание фракции, предположительно связанной с Са, заметно уменьшается. Исключение составляют гумановыо кислота варианта 2/ИРК + навоз на фоне ярусной вспашки, в которых отмечается существенное накопление гуз.сыатов Са на всей изучаемой глубине. Внесение двойной дозы туков увеличивает фульватность почвенного гумуса при традиционной вспашке и фрезеровании. Углубленна обработки почвы до 40 см при данной системе удобрения оказывает обратное воздействие. При длительном использовании минеральных удобрений в процесс минерализации вовлекаются пассивные формы гумуса, тогда как унавоживание почвы на фоне /УИС способствует его стабилизации.

Органическое вещество неудобренной почвы, судя по величине показателя гуиатности, находится преимущественно в солевой форме. Гумус контрольного варианта слоя, практически не затрагиваемого

" - 4

при фрезеровании и наиболее приближенного к естественным природным условиям, характеризуется тксимальным значенном показателя гуматности в целом по опыту /3,13/, т.е. наиболее стабильной инертной структурой. Отдельное внесение-туков, а тем более ¡ос сочетание с навозом, приводит к активному образованна гуматов и гумусовых кислот /ГК/. Однако кислотно-солевое отношение при этом уменьшается то сравнения с контролем. С увеличением глубины наблюдается возрастание гугятноеги„ Особешго контрастно указанные изменения проявились в случае минигальной обработки почвы.

Почва вариантов "без удобрений" характеризуется наименьшими значениями омкости набухания по всем способам ое основной обработки. При длительном внесении минеральных удобрений увеличивается гидрофнльность оргшшческого вещестм почвы, что мояет служить объективным критерием ее окультуренности -/Бахтин П.7. и др.,1974; Шаймухаметов Ы.Ш.,1971/. Применение наЕОза совместно с туками ока-зывает»еще.большее влит те на рост величины упомянутого показателя, что маню объяснить поступлением в почву дополнительного количества привнесенного органического вещества, т.о. увеличением числа поглощающих центров. <1резерозанз9 способствует активной диффе-■ ренхщагцга почвенного профиля по гидрофильным свойствам, в то время как ка фойе разноглубинных вспашек дифференциация оказалась но столь ярко выражена.

Элементны! состав и, степень ознслеяности гут.тусовюс кислот Согласно величине атомного отношения Н/С /1,70/ ГК поверхностного слоя контрольного варианта при традиционной обработке почвы характеризуются наличием хорошо развитой периферической части. Фрезерование, равно как и углубление вспаш--и неудобренной почвы до 40 с;-., вызывает снижение этого показателя /табл.1/, что указывает на возрастание доли циклических компонентой цент- 5 -

Таблица 1

Элементный состав /ат.$/, степень окислошюсти Аа/ и соотношение периферической и центральной частей /2 / гумусовых кислот

Варианты опита

С

Т

ы

о

Т¥

| н/с | о/с I а/ I 2

0-10 см

п? с«1 сч Г". ,'<1 без удобрена.;! 28,1 47,9 21,7 . А " » « 1,70 0,77 -0,16 1,26

»а 5 В 2 /УРК 29,2 45,3 22,9 2,6 1,55 0,79 +0,02 1,34

1 ОТЕ | ЕС ЙА^К + навоз 28,3 47,4 22,0 2,2 1,67 0,70 -0,12 1,35

а га о без удобрений 20,7 46,2 22,9 2,2 1,61 0,80 -0,02 1,20

П, л; гс г; Р; ¿'1 2М'К 28,4 46,3 21,8 3,0 1,65 0,77 -0,12 2,39

ТО (X 2/УРК + навоз 29,9 45,4 22,7 2,0 1,52 0,76 0,00 1,94

Я У без удобрений 29,0 46,3 22,8 1,9 1,60 0,79 -0,02 1,33

о с) !=-. !3 2/УРК 20,1 46,9' 22,4 2,6 1,67 0,79 -0,08 1,21

П.О « И 2/УРК + иакп пол 4,0,;!' 20.7 3,0 1.53 0,6? -0.16 2.25

10-20 см'

п! «5 п: м боя удоброн;!!! 29,3 45,2 22 0 2,6 1,55 0,78 +0,02 1,71

►ч Г=» ч $ <с и 2/УРК 30,3 44,9 21,9 2,9 1,48 0,73 -0,03 1,61

2Д/РК + навоз 28,1 46; 8 оо о о 2,3 1,66 0,81 -0,05 2,33

10 ¡V о без удобрений 20,5 46,4 22,2 2,9 1,63 0,70 -0,07 1,83

1 > л 2/УРК 27,7 47,2 22,5 2,7 1,70 0,61 -0,08 0,87

о. 'г ' 2Л<РК + навоз 29,0 46,2 21,2 2,9- 1,62 0,73 -0,15 1,73

и.- (Я то м гп Л о боа удоброгсгл 31,2 44,7 21,8 »3 3 1,43 0,70 -0,04 1-,66

2/УРК 20,1 47,3 22,4 2,3 1,68 0,80 -0,09 1,58

(2. О К (0 2Л/РК + навоз 28,7 46,4 22,3 2,7 1,61 0,78 -0,06 1,85

ральнод части ГК. Отдельно вносите минеральные удобрения по-разному злнгяли на элементный состав исследуемых соединении в зависимости о? интенсивности мехаяичоского воздействия на почву. На сТо- С -

не обычной отвальной вспашки их применение вызывает обогащение ГК углеродом, содержание водорода при этом уменьшается, в результате чего величина отношения Н/С сминается. В случае двух других способов основной обработки почвы минеральная система удобрения оказала противоположное воздействие - ГК вариантов 2/УРК отличаются наиболъпим содержанием алифатических структурных элементов и высокой замещенностыо циклических фрагментов по сравнению с соответствующими контроляма, особенно при проведении ярусной вспашки /Н/С~1,С7/. Внесение.туков увеличивает содержание азотсодерта-щих группировок в составе- ГК. Каиболее активно их сформирование происходит при мишишшзацш обработки почвы /Л/~3,0%/. При соча-ташш орга!шческих удобрений в виде навоза с минэрагсьнымя наблюдается уменьшение содертлния азота в ГК, что мояот быть связано, во-первых, с. усилением интенсивности азотного обгена в почве при окультуривании, во-вторых, с новообразованием гумусовых веществ за счет возрастающего поступления растительных остатков /в вари-анто 2Л/РК + навоз оно максимально/ и' органических удобрений, имеющих более широкоо отношение С/А/, - пополз, зрелое органическое вещество. При минимально"! и традиционной заделке туков и навоза со-деркашш азота в Ш оказалось д&^е тоньше, чем в.контрольных вариантах. Указанные изменения не характерны для варианта трехъярусной вспашки, в ГК которого содержание азота наивысшее для фона глубокой обработки. Упавогсшание традиционно обрабатываемой почвы вызывает разветвление сети боковых алифатических цепочек исследуемых соединений по сравнении с вариантом минеральной системы удобрения, однако доля периферической части в их составе ке-■. сколько снизилась по сравнению о контролем. Величины атоминк отношений П/С ПС унавоженных делянок, в случае минимальной и наиболее глубокой обработок оказались наименьшими среди соотвзтствуз-• - 7 ~

щих вариантов других.систем удобрения и мало отличались друг от друга /табл.1/. Это шкот служить косвенным подтверждением увеличения доли циклических фрагментов в составе ГК данных вариантов. Какой-либо определенной закономерности в изменении степени окио-лекноста исследусмнх соединений в зависимости от изучаемых факторов техногенеза внянпть не удаюсь.

Гумусовые кислоты слоя 10-20 см контрольного варианта традиционно обрабатываемой почвы характеризуются достаточно низким значением атомного отношения Н/С - 1,55. Проведение минимальной обработки неудобренной почвы вызывает увеличение алифатичности ГК по' сравнения с таковыми вышеупомянутого варианта и аналогичного варианта поверхностного слоя. Изменение содержания углерода и водорода & случае ярусной вспашки контрольных делянок происходит наиболее .контрастно. В ГК обсуждаемого варианта зарегистрировано максимальное содержание углерода "и шшсиальное содержание водорода, что и Обусловило уменьшим .величины отношения Н/С до своего наименьшего оначеиця В дедом по опыту - 1,43. Характер изменения элементного состава ГК при внесении только минеральных удобрений был иденти-Чон на всей изучаемой .'глубине. Заишка совместно вносима органы-' веских и мшералькых удобрений'на глубину 20-22 см способствовала увелкчешш доли «труктуряых элементов периферической части в сос-. хава ГК, . еодш сравнивать . .с вариантами "без удобрения" и 2/i/PK.Ilo-верхностная же их заделка' незначительно повлияла на величину Н/С во; сравнению с соответствующим контролем,но оуществовио уменьшила ее,если сравнивать с вариантом минеральной системы удобрения. ГК слоя 10-20 см на фоне трехъярусной вспашки в порядка увеличения атомного отношения. К/С .шкно располокить в сжодугдеЗ последова-тельности:ибез удо5рений"< 2/УРл+навоэ<2Л^. С росток глубины наблюдается обогащение: ГК баотсодерскащиш группировками.

- 8 -

Тер?. :Огра<Тзтчо с-кяя характеристика и кинетические параметры . роакшД тевмодеструкции густсовти: кислот Тврмодеструкция ГК всех вариантов опыта происходила в области температур 200-500° /разрушение периферической части/ и свыше 500° /разрушение центральной, части/, удаление адсорбционной воды отмечается в области температур до 200°. Исключение составляют ПС слоя 10-20 см минеральной системны удобрения при минимальной обработке почты,в термическом разрушении которых зафиксировано сужение низкотешоратурной области до 400°. ПС поверхностного слоя, сформированные в условиях мшшмально обрабатываемой неудобренной почвы, отличаются от своих аналогов других способов обработки наиболее разнообразно представленной "ядерной" частью. Лрз этом доля циклических компонентов, судя по величине показателя '¿, позволяющего оценить вклад периферической. и центральной частей в построение ГК, оказалась максимальной. Дифференциация структурных фрагментов периферической части ПС данного варианта по термоустойчивости происходила но столь активно и уступала последней при отвальной вспашке, однако основная доля алифатических группировок разрушается при температуре, превышающей таковые в случае разноглубинных вспашек.

Длительное применение минеральных удобрений при условии периодического известкования традиционно обрабатываемой почвы вносит упорядоченность в состав фрагментов, образующих периферическую часть ГК. Ее разрушение происходит в ходе всего лишь 2 реакций при 295 и 461°, сопровождаясь потерями массы 32,3 и 14,0$ от общей соответственно. Качественный состав "ядра" с точки зрения термоустойчивости формирующих ого структурных единиц, наоборот, оказался более разнообразен нежели на контроле. Однако повышение величины 2 до 1,34 свидетельствует, что в составе гумуса возрастает количество алифатических компонентов. Заделка вносимых туков на глуби- Э -

ну 38-40 cu вызывает снижение температуры деструкции преобладающа; группировок периферической части, но окончательное ее разрушение зарегистрировано лишь при 457°, что на 27°Binie то сравнению с таковой на контроле. Термодеструкция "ядра" ГК обсуждаемого варианта такке проходила в более ад ¡роком температурном диапазоне, при этом в его составе основная доля приходится на наиболее термоустойчивый компонент /700°/, потеря массы которого составила 24.V/Í от .общей. Б ГК поверхностного слоя варианта 2/VPK ярусной вспашки на 1 весовую часть циклических группировок приходится 1,21 части периферических радикалов и функциональных групп против 1,33 части в соответствующем контрольном варианте. Запашг ка совместно вносимых органических и минеральных удобрений послужила причиной разветвления периферической части ГК, особенно в случае ярусной обработки /2=2,25/. Однако термоустойчивость ука-заиных компонентов заметно снизилась. При атом усиливается не только экранирование структурных элементов центральной части, но и. увеличивается их устойчивость к действию возрастающих Температур, если сравнивать о неудобренными вариантами.

Особый интерес представляет изменение термических характеристик ГК,сформироЕШШых в условиях энергосберегающей технологии обработки почвы, под действием вносимых удобрений, так как именно в указанных вариантах опыта содержание гумуса в почве не только достигло исходного уровня, но и несколько превысило его. Размеще- : ние туков в поверхностном слое почвенного профиля обусловило интенсивную трансформацию Гумусовых веществ. Прежде всего обращает на себя внимание наибольшее в. целом по опыту содержание алифатических группировок, образующих периферическую часть вокруг циклической основы "ядра" ГК /2=2,39/. Эти данные хорошо согласуются с результатами, подученными при исследовании качественного состава

.. -ю- . /

ГК методом ИК-слектроскоши. Быивупогетнутые структурные фрагменты отличаются малой устойчивостью к термическому разрушению и не ш- • гут слупггь надетой защитой стабильной части гукт/са от деградации» Вносимые в поверхностно обрабатываемую почву минеральные удобрения, кроме того, способствует пониг.ешго термостабильности компонентов центральной части ГК. Основная доля слагающих ев структурных элементов разрушается при 620° /15,Б%/.

Качественна состав периферической части ГК поверхностно обрабатываемой почвы при сочетании органических и минеральных удобрений. достаточно однороден /с точки зрения тор-лпеских характеристик/. Ее деструкция происходит в ходе всего лишь 2 реакций /300 и 440°/. Потери массы при этом составили 25,1 и 25,6$ соответственно. Деструкция центральной части ГК данного варианта завершилась в процессе 4 реакций, которые протекали в достаточно узком температурном диапазоне /610-633°/. Структурные компонек- ■ тк, входящие в ее состав, характеризуются значительным сходством по термической стабильности. Менее термоустойчивые фрагменты, скорость разрушения которых достигла максимального значения при 610 и 647°, оказались представленными в равной маре. Величина 2. оказалась равной 1,94, что свидетельствует почти, о двукратном преобладании доли периферических радикалов и функциональных групп над содержанием циклических структур.

.- Расчет энергий активации и кинетических параметров рзакций термического разрушения ПС слоя 0-10 см показал, что независимо от способа основной обработки исследуемой дерново-подзолистой почвы длительное время отдельно вносимые 'туки существенно снижают затраты энергии, необходимые для прохождения этих реакций в низкотемпературной области. Т.е. туки создает опасность деградации периферической части ГК, а тем сшлым обусловливают снижение

- 11 -

степени защищенности их "ядра" и увеличивают подверженность гумусовых веществ воздействиям извне, тогда как одновременное внесение навоза способствует стабилизации гумуса.

Специфические особенности минимально обрабатываемой почвы,заключающиеся в дифференциации почвенного профиля' по качественному состоянии органического вещества достаточно ярко проявились и при рассмотрении термических характеристик гумуса. ГК слоя 10-20 см неудобренной минимально обрабатываемой почвы характеризуются достаточно развитой сетью периферических радикалов и функциональных групп. Их центральная часть.однородна до составу. Ее разрушение происходит в ходе 1 реакции, достигшей максимальной скорости при 616°. Следует напомнить, что ГК идентичного варианта поверхностного слоя характеризуются наивысшей степенью дифференциации компонентов их "ядра" по термостабильности в целом по опыту. Длительное внесение поверхностно заделываемых туков способствует, с одной стороны., значительному снижении тер'моустойчивости ГК в целом, а с. другой - усиленна разнокачественное™ состава структурных элементов их центральной части. Величина для ГК варианта 2Д/РК /1020 см/ оказалась минимальной среди всех рассматриваемых вариантов опыта /0,87/, что свидетельствует о преобладании цшслаческих ком-понештов в их составе. Определенные глчествешше изменения претор-пелн исследуемые соединения варианта 2/1/РК + навоз. Унавогхивание ' почвы послюнило причиной сюиеиия устойчивости к термического .разрушим структурных фрагментов их периферической чисти, наиболее активная деструкция которых зафиксирована при 283 и 450°. Ее начало -откачено при достаточно низкой температуре /220°/, что на 67° шшо, чем в ноудобрашюм варианте /10-20 см/ и на 80° шгке, чем в идентичном варианте поверхностного слоя. Возможно, при этом происходит отщепление неупорядоченных боковых алифатических цепо-

- 12 -

чек. Характер воздействия различных систем удобрения на величину показателя ^ ГК слоя 10-20 с.м на фоне лшшмальной обработки почвы имел противоположную направленность немели для ГК слоя 0-10 см, что лишний раз указывает на контрастность термических характеристик исследуемых соединений поверхностного и шксела'эдего слоев, а, следовательно, и на ткоимальнуа дифференциация "гумусового хозяйства" дерново-подзолистой почвы по качественному состоянию при мшшмализации еа обработки.

При перемещении вниз по профили ярусно обрабатываемой почвы характер изменения термографических характеристик структур^« компонентов периферической части ГК под влиянием различных систем удобрения сохранился. Прежняя закономерность прослекиваетел и в изменении величины показателя с ростом глубины для соответствующих вариантов. Однако трансформация центральной части ГК слоя 10-20 см при внесении удобрений имела протипопола-шул калраь«за-ность пеколи в поверхностном слое. Окультуривание выразилось в значительном сшаении термостабишюсти структурных фряг!.дантоп ' "ядра" ГК, особенно при оргшю-шнеральной системе удобрения.

Несмотря на то, что температура реакшй разрушотхя наказное термоустойчивых периферические радикалов ГК упавомеккых двдгшок при перемещении вниз по прсфшг.1 наиболее глубоко обрабаг;дайкой почвы почти не•изменилась /283° - 0-10 см; 282° - Ю-ЭД см/, затрата оноргаи, необходимые дам их прохождения, снизились с до 18,3 ккал/коль, что свидетельствует о сломной вросгр^лсть-ишой кои^игураща и значительном экранировании указшшнх ксмшппл/ов ГК поверхностного моя и уменичонли степени раэпвтая&чнзст« эмфатических цепочек ГК т&свле;дадего слоя, т.о. об упрсяюнлн строения исслецуомых соединений с глубиной. Такого ко рода кзмгчгкгл присущи гумусовым Ееществам варианта 2/УРК + навоз кинптяшой »

- 13 -

традиционной обработок, причем там они проявились значительно ярче. Дкптельноа время вносимые туки независшю от способов обработки почвы наиболее активно изменяют энергии активации по сравнению с вариантами других систем удобрения.

Стг)ук.".у")по-гпуг'лово>*; состав -гумусовтос кислот на основе дзшпзс пптхутптгческоп "асс-снектрометргаг Качественный анализ полученных 'г/асс-тер;.;ограмм позволил иден-твиэдкзозать ряд низкомолекулярных л высокомолекулярных продуктов пиролиза ГК /табл.2/. Проведенные ранее исследования позволяют предположить,что в ГК различного происхождения всегда присутствуют хорошо оргш1пзоЕакиая,пространственно защищенная и наиболее стабильная часть и менее стабильные,недостаточно упорядоченные участки, которые достаточно легко разрушаются под воздействием извне. Поэтому для характеристики указанных структурных частей было предложено условно разделить продукты пиролиза ПС на 3 группы. Первая из них отратлет фрагменты свободных и слабоскчзанных низко-шлекулярша кислородсодержащих группировок, высвобождение которых не требует значительных энергетических затрат. Они,по-видимому, сбразузтся в процессах распада метокси-,карбонильных,карбоксиль- ' шк.гидроксияьких грутшровок,находящихся в пространственно легкодоступной части Ж. Вторая группа отратлет фрагменты тех же кислородсодержащих группировок,упомянутых выше,но доступ к ним пространственно затруднен,а, кроме того,для их высвобождения требуется большая энергия,чем в первом случае. Третью группу образуют фрагменты,характеризующие наиболее стабильную и пространственно защищенную часть ТК, Идентифицированные продукты деструкции ГК, объединенные в 3° труппу,подразделили на компоненты ароматической и веароматической природы.

Б том случае, когда обработка почвы выступает как саыостоя--14 -

Таблица 2

' Состав плрэлнзагэЕ гуцусовкх кислот /3 к оу^арно^-у ггзозкделэннз/

§! | Варианта слита

т * *

Продукты пиролиза • ; без удобрзааИ! 2/У?Л ! 2/УН + навоз

А ! I ! Ж "Г Т" Ш ■Ж I ЙГ ! д:

Ндзкомолекулярл^е продукта алрол:гза, 31,4 34,0 34,2 33,5 32,5 52,6 33,5 30,7

I в том число: метан 7,3 7,1 7,2 6,3 7,1 5,7 6,3 7.1 7,3

- вода 5,4 5,2 6,3 6,7 5,2 6,2 6,3 5,3 5,3

окезд углерода 7,С. 7,5 7,5 7,2 6,9 7,1 6,9 7,2 6,3

■ 7,5 7,8 7,8 ь,с 7,5 7,8 7,9 7,с 7,6

27,2 28,6 2Ь,Ь 28,2 28, С 27,1 27,4 28,4 26,7

I 2 4,2 5,4 5,4 5,7 4,6 5,0 4,8 5,1 4,0

3 Высохомолэкулярниа продукте пиролиза, 37,6 36,6 '¿6,0 36,2 05,8 35,2 35,3 '24,8 37,6

1 в. тем число: З-рагмэзт:» яеароматичсоко-» природа 17,4 15,4 16,7 15,4 16,4 * ** 15,3 15,3 16,5

г-рагг/енги ярирода, 2С,2 20,4 19,3 19,8 19,4 21,8 20,3 19,0 21,0

^ ток чгсле: !.:оноаро\;лт::;;оскло *рап<енгн '

/хелол, ?у?зн, бензол :: их гомолог::/ 17,6 17,7 13,7 17,2 16,3 18, У 17,6 16,5 18,2

зодзарсаатцчьокла /а&Ьтзз- л дг.нат-

тезбонзага:, бзлзо- ^ г/зваТхапяк,

ЖТ«54Л0Вий тлхо^йн!;, п.чраьн, 2,6 2,7 4,6 ■, р. 2,9 2,7 2,5 2,8

2 разхмЪрова^ь'^ 69,0 70,8 /0,2 70,1 ио, 4 71,С 09,1 6ь,3 58,3

тшд.шг! ирном окультуривания, ее гдшш.ялизация или,наоборот, углуб-лопие способствуют усилению роли свободных или слабосвязанных кис-лородсодертицнх фрагментов в макромолекулах ГК /табл.2/. Их проведении способствовало более интенсивно:.?/ течению процессов дегидратации, дскарбокеплировання, распада словноэфирных и котонных груп-. пироьок по сравнению с ПС варианта отвальной вспашки. Фрезерование и а-рзхгяруензя вспашка обусловливают накопление в составе исояеду-им'.о; соединений альдегидных, слодшоэфчгрных, котонных группировок и функциональных групп простых эфироь, характеризующихся наивыс-аел прочность:« сшзой. Состав фрагментов, отнесенных к третьей группе, слолон и разнообразен. В ней в основном преобладает фрагменты неароматической природы, а таю:е бензол и его гомологи. Б распределении преобладающих идентифицированных продуктов пиролиза ПС неудобренного варианта, характеризующих их наиболее стабильную часть, наблюдается обратная закономерность. Максимальный выход названных компонентов зафиксирован при классическом способе обработки почвы.

Отдельное внесение минеральных удобрений на фоне обычной отвальной вспашки вызывает относительное накопление свободных и сла-босвязашшх кислородсодержащих группировок, что,вероятно, оказывает Елияние на возрастание биологической и химической активности почвенного гумуса, а, значит, и на его лабильность. Для двух дру- . гих систем обработки указанные выше изменения имели противоположную направленность. Особенно это относится к ГК варианта с углублением обработки до 38-40 см. Состав фрагментов, характеризующих центральную часть ГК, достаточно однотипен для вариантов традиционной и поверхностной обработок. При длительном внесении минеральных удобрений на фоне трехъярусной вспашки наблюдается относительное увеличение ароматичности гумусовых веществ, причем как за

- 16 -

счет моно-, так и полиароматических группировок. Выход ароматических компонентов при пиролизе Ei данного варианта оказался максимальным в целом по опыту, составив 21,8а- к суммарному газонздаке-нию. Сочетание органических удобрений и туков вызывает; сулсствонп?;-? изменения в составе свободных и слабосЕязанных кислородсокор;;акпх фрагментов при разноглубинн!.-,: вспашках почвы. Отвальная гспапса способствует усилению процессов дегидратации и декарбоксилирова-ния.сшгсвшы интенсивности процессов разрушения .метоксл-,альдеглд-НЫХ И КОТОННЫХ групп по сравчетоз с СООТЗОТСТЦуГОДО КОНТРОЛЬНОМ вариантом. На фоне трехъярусной вспашки эти изменения,глазшлл образом,коснулись содержания воды и окиси углерода и выразились в значительном их уменьшении. Воздействие вносимых туков и навоза на состав фрагментов 20л условно выделенной группы цродуктов пиролиза ГК при обычной и глубоко:! заделке имело болшов сходство. Оно проявилось в значительно.'.! обеднении ппролизатов ГК компонентами данной группы по сравнении с вариантом 2/УРК,особенно в последнем случае. Минимальная обработка унавог.огаюй дерново-подоо-листой почвы, наоборот,способствовала накоплении альдегаднас, сло;:лоэфлрных, котонных и группировок простых э$ироз по сравнен:!^ с контролем, но в меньшей степени, чем в соответста/хидом варианте минеральной системы удобрения. Среда компонентов 3е'1 группы,характеризующих наиболее стабкльнул *тсть гумусовых веществ варианта 2/УРК +- навоз,таккэ преобладает моноаро.чтпгческиз и фрагменты неароматической природа,содержание которых по всон способам обрлйот-ки почби древней.*» 90* от суммарного выхода всех коизюнелтов лай-ной группы. Внход указанных продуктов пиролиза ГК в случае поверхностной обработки при оргако-.".«швралыю;1 системе удобрзнкл опа-заясл лгапЕлглышч по оракиоиим с варианта^.« "без удоброниЛ" :х 2//РК,тогда как разноглубинные пепыакп прг уиаволканди почки ок-д-

- 17 -

зал и меньшее влияние на данный показатель, чем в случав отдельного внесения туков. "

Вклад отдельных идонтифицированннх фрагментов в построение стабильно»: части макроструктуры ПС различен. Обращает на себя вникание многократное прообладание мокоарс; готических над полдаротати-ческими соединения!,я, несмотря на богатое разнообразие последних. ' Указанная особенность свидетельствует о малой интенсивности процессов конлексагош структурных одшнщ ПС исслодуамой почвы. Б условиях дефицита привнесенного органического вещества вариант минимальной обработка почвы оказался оптикальинм в плане обогащения ГК moho- и ьолиароматичоскими группировками, г, то время как поверхкост-Н311 заделка туков способствовала наибольшей' деградации центральной части ПС. В случае трехъярусной вспзшл: почвы, удобренной туками, наблюдается максжалъный выход моноарог,этических фрагментов при пиролизе исследуемых соединений срсди всех вариантов опыта. Запашка навоза и туков ка глубину 20-22 см обусловила повышение роли фенола, фурапа, бензола и их гомологов в макроструктуре ГК по сравнений с вариантами "без удобрений" и 2/VPK.. Однако при более глубокой веглкке уровекь обеспеченности гумусовых качеств дакныш фрагментами оказался шео, чем в случае минеральной системы удобрения. Мииинчлизацяч обработки унавохенной дсчеы.способствовала дальнейшему умзяътошао суммарного выхода моноароматических фрагментов, в ходе пиролиза ГК.

Наблюдается определенная закономерность и в распределении полиароматических продуктов пиролиза /2/VtK + навоз/,наивысшее содержание которых отмечается на фот трехъярусной вспашси. Данный способ обработки почвы способствует увеличению выхода,в процессе тер-модзетрукции ГК в вакууме аценафтеиов,дифзнялов,антраценов и др., т.е. тех соединений, доля которых в макроструктуре ГК невелика,но

- 18 -

которые оказались наиболее чувствительна к приемам.окультуривания. Суммарный выход утих компонзнтов увеличивается в порядке ше:ео-ния интенсивности обработка почш /органо-минеральная система удобрения/. Таким образом, сочетание поверхностной и глубокой трехъярусной обработок дерново-подзолистой почъи в процессе ое окульту-р1гвания способствует создаят наиболее стабильной структуры почвенного гумуса.

ВЫВОДЫ

1. Длительное сельскохозяйственное использованию лсслпдуо-мой дерново-подзолистой срадносуглшшсто;; почен в услошнх интенсивной- антропогенной нагрузка на нее привело к зка'штелкги.! потерям гумуса. Наиболее активно процессы дагумификации нроти-хазт в случав отвальной вспагаы почвы. Отдельное шосешш митральных удобрешм, а в больлей степени их сочетание с органическими, способствует замедлении ганарализацил почвенного гумуса. Однако исходный уровень его содержим был достигнут лиш. при мнинмзльной обработке удобренной почьн /О-IG см/.

2. Систематическое использование удобрений обуслогляг.ао1!1 вовшениа иодшс/лоста органического вещества почвы по все:.: способам ее основной обработки. Применение генеральной опстоми удобрений на фоне отвальной вспашгш и минимальной обработка приводит к нарасташы фульватпости гумуса, т.е. млграцяониоЗ способности, ь то время ках органо-млнер-^ьноя слсте?.а удобрс-ний оказывает положительное на увеличение в ого составе доли гут/лнових соединений. Действие вносимых удобрений на фона трехъярусной вспашки проявилось не столь рельефчо из-за меньшей иасицеьности шли почвенной толщи на изучаемой глубине.

3. Вариант 2/VPK + навоз оказался оптимальным с точки зрения повышения гидрофильностя почвенных коллоидов, слугапз;!

- 19 -

объективным показателем окультурешгасти исследуемой подан" и лабильности ее органического вещества по всем способам обработки. Действие отдельно''вносимых туков имело аналогичную направленность, но эффективность их влияния на данною характеристику била существенно нк:;а. 'дкншальвая обработка способствовала наиболее контрастно;^ проявлению указанных особенностей.

4. Основным процессом, вызывающим трансформацию гумусовых соединений при внесении в почву двойной дозы минеральных удобрений

î»

на йгоне отвальной вспашки, является денетанирование, способствующее отщеплению -СНд групп л значительному изменению состава алифатических группировок периферической части ГК. Б случао внесения отой до дозы туков в поверхностно обрабатываемую почву отмечается усиление процесса декарбоксклиропания. Сочетание органических и минеральных удобрений в условиях вспашки, принятой в данной зоно.вы-' зквает изменения в составе гумусовых соединений аналогичные тем, которые были отмзчекы в варианте 2/1/FK, но они выра-г.еш; в меньшей степени. При использовании туков к навоза на фонах отдельного фрезерования и его сочетания с трехъярусной вспашкой- к основным процессам трансформации ГК следует отнести дегидратацию.

5. Установлено,-- что в составе абсолютного большинства гуиусо-вых кислот циклические фрагменты принимают меньшее участие. Под влиянизы'наиболее глубокой обработки почвы усиливается алифатическая природа ТК,степень их разветвленности, а в конечном итоге к общая лабильность по сравнении с контролем, Ыинимализация обработки способствует относительному накопления компонентов центральной. части ГК. В условиях дефицита привнесенного органического вещества формируется наиболее стабильный почвенный гумус. Окультуривание вызывает усиление роли алнфатичесгак. структурных элементов, а тем самым и повышение степени защищенности исследуемых соединений

- 20 - :

от деградации. Данная закономерность не выполняется лишь для ГК варианта 2/\/?Х трехъярусной вспашки.

6. Выявлено влияние разнообразных по интенсивности способов основной обработки почвы на качественный состав гумусовых веществ в плане изменения их устойчивости к разрушению. Бри углублешш обработки до 38-40 см деструкция ГК происходит при болоо нпа'сих температурах нежели по фону традиционной обработки, слуиащай контролем. Фрезерование обусловливает, с одной стороны» повышение т«зрмо-стабильности алифатических компонентов, составляющих периферическую часть, а с друтой - пошгаишо термостабнльности структурных единиц "ядра" макромолекул гумусовых кислот. ГК данного варианта характеризуются усиленной; дифференциацией отруктурньве фрагментов центральной части но термостабнльности.- ¡.'логостадийность процессов деструкции свидетельствует о слахной пространственной копфетурацил и значительном экранировании компонентов гумусовых кислот.

7. Проведение разноглубинных вспашек оказачо значительной воздействие на изменение термографических характеристик ГК при окультуривании дерново-подзолисто;! почвы, выразившееся в понижении степонп защнщешюсти их центральной части, а вместо о там в отборе в ео составе наиболее термостабильных группировок. Уменьшение интенсивности обработки почвы послужило причиной снижения устойчивости к термическому разрушению гумусовых соединений в целом.

0. С ростом глубины зафиксировало шпгсение стабильности исследуемых соединений независимо от системы обработки. ¡Наиболее четко данная, закономерность проявилась в случае фрезерования. Отличительной особенностью трехъярусной вспашки является, большая устойчивость к термэдеструкцйл структурных элементов "ядра" ГК при перемещении вниз по профилю. Ео всей видимости, при такой разновидности вспашки это объясняется перемещением почвенных слоев и

- 21 -

зашив их местами.

9. Длительное время отдельно вносимые туки наиболее активно изменяют /"разрыхляют"/структуру гумусовых веществ. Их применение явилось причиной больсого качественного разнообразия продуктов пиролиза, которые выделяются в широком температурном диапазоне. При г»том отмечается существенное снижение устойчивости к деградации поденного гумуса. Менее активно происходит трансформация ГК при совместном внесении туков и навоза. "Разрыхляющее" действие применяемых удобрений наиболее четко проявилось при минимализации обработки почвы.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Маймусов В.II., Яшин U.M., Байбекова Л.И., Галудко E.H., Елашенкова С.Д. Влияние систем обработки и удобрения на качественный состав гутдуса дерново-подзолистых среднесуглинистых почв юго-задада Подмосковья // Актуальные вопроси агрономического почвоведения. - Ы., 1S88. - С.78-85. ■ »

2. Яшин И.!й., liäiiJ^coB В.Н., Байбекова Л.И., Блаиенкова С.Л., Замараев А.Г., Динамика качественного состава гумуса дерново-подзолистых пота стационарных опытов учхоза "Михайловское" ТСХА // . Состав, свойства и плодородие почв. - Гл.: МСХА, 1290. - С.8-17.

3. Черников В.А., Блашенкова С.Л., Кончиц В.А. Влияние различных факторов окультуривания на качественный состав гумуса дерново-подзолистых почв // Удобрения с.-х. культур. - Агропочвове-дение. - 1290. - Ш. - С.17. - Деп. ВИНИТИ И3689.

/I