Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Содержание подвижных питательных веществ во влажных и сухих образцах почв

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Содержание подвижных питательных веществ во влажных и сухих образцах почв"

На правах рукописи

САВЧЕНКО ЕЛЕНА ГЕННАДЬЕВНА

СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ВО ВЛАЖНЫХ И СУХИХ ОБРАЗЦАХ ПОЧВ

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ кандидата биологических наук

МОСКВА-2004

Работа выполнена на кафедре физики н мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель:

доктор биологических наук профессор Л.О.Карпачевский

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук профессор И.М. Яшин кандидат биологических наук В.Ф. Басевич

Ведущее учреждение:

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Защита состоится

■0) нЬШмы^т. в {£

ш

в ауд. М-2 на заседании

Диссертационного совета К501.001.04 в МГУ им. М.В. Ломоносова на факультете почвоведения по адресу: 199992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения.

' С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения.

Приглашаем вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, по адресу: 199992, ГСП-2 Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь Диссертационного совета

0

кандидат биологических наук

Л.Г. Богатырев

Актуальность темы. Подготовка почв ко многим аналитическим процедурам включает их подсушивание (на воздухе, в термостате). Высушивание почв до влажности ниже влаги завядания наблюдается в аридных условиях и в верхних горизонтах почв гумидных регионов. В работах многих исследователей показано, что высушивание влияет на агрохимические свойства почв, однако в данном вопросе при анализе литературных источников обнаруживается много противоречий даже при исследовании однотипных почв с одинаковым минералогическим, гранулометрическим, составом, содержанием органического вещества. Очень мало исследований, касающихся изменений свойств почв в цикле высушивание - увлажнение - высушивание, которое свойственно почвам в естественных природных условиях. В исследованиях динамики содержания питательных веществ в почве во времени, иногда отсутствуют сведения в каких - свежеотобранных или воздушно-сухих -образцах проводили анализ. Объяснения причин и механизмов происходящих изменений свойств почв под влиянием высушивания носят иногда условный, гипотетический характер.

Поэтому вопрос о влиянии высушивания на агрохимические свойства почв и выяснение причин и механизмов происходящих изменений остается актуальным.

Цель работы - исследовать извлечение подвижных питательных элементов из влажных и сухих образцов почв. Для осуществления этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить степень влияния высушивания почвенных образцов на содержание в них обменных кальция и магния, почвенную кислотность.

2. Исследовать влияние высушивания почв при комнатной температуре и при 105°С на подвижность фосфора и калия при последовательном многократном извлечении их из почвы.

3. Установить связь между изменением содержания органического вещества и изменением содержания подвижных форм фосфора и калия в почве под воздействием высушивания почвы при температуре 105°С.

4. Выявить степень влияния высушивания на гидросорбционные свойства почв. Научная новизна Установлено, что высушивание до воздушно-сухого состояния и при температуре 105°С образцов дерново-подзолистой почвы слабо отражается на результатах определения содержания обменных кальция и

магния, почвенной кислотности. На фоне многократных последовательных вытяжек показано значительное влияние высушивания почвенных образцов на извлечение подвижного фосфора и калия. После хранения воздушно-сухих образцов удобренной дерново-подзолистой почвы в лаборатории в течение одного года увеличилось количество извлекаемых подвижных соединений фосфора и калия. Установлено, что значение полной удельной поверхности, определенное в свежеотобранных образцах отличается от такового в воздушно-сухих образцах и образцах, высушенных при 105°С.

Практическая значимость. Результаты работы позволят внести коррективы при отборе почвенных образцов для агрохимических и других исследований. Различные величины удельной поверхности свежеотобранных и высушенных образцов почв, изменения в содержании подвижных питательных веществ после высушивания или нагревания почвенных образцов, прослеживающиеся на фоне последовательных вытяжек, наглядно указывают на существенные изменения, происходящие с твердой фазой почвы. Результаты работы позволяют существенно уточнить сроки анализа почвенных образцов в зависимости от предполагаемой программы исследования. Апробация. Основные положения диссертации были доложены на Докучаевских молодежных чтениях (Санкт-Петербург, 2001), на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам (Москва, 2001, 2002, 2003), в Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пушило, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе две статьи (журнал «Почвоведение», «Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение»).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена н&^сЬб страницах, состоит из введения, 5~ глав, заключения, выводов, приложения, включает 7 о таблиц, рисунков. Список литературы

включает названий на русском и иностранных языках.

Автор выражает глубокую благодарность своему руководителю д.б.н профессору Л.О. Карпачевскому за постоянную всемерную помощь в работе, сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв д.б.н. Т.А. Зубковой, к.б.н. Т.Н. Початковой, сотрудникам кафедры общего почвоведения к.б.н. Л.Г.

Богатыреву и Е.А. Погожевой за неоценимую помощь и советы при проведении данного исследования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА СВОЙСТВА ПОЧВ

По изучению влияния высушивания на свойства почв накоплен обширный материал, но данные нередко весьма противоречивы.

1.1. Физические и физико-химические свойства почв. Зачастую изменения в извлечении питательных элементов химическими методами после высушивания образцов авторы предположительно связывают с изменениями в коллоидной части почв (Горбунов 1967,1974; Кравков, 1978; Пинский, 1997). С высушиванием почвы снижается ее гигроскопичность и как следствие, удельная поверхность почв, измеренная по воде (Вадюнина и др., 1986; Залесский и др, 1928; Качинский, 1930; Нестеренкова и др., 1986; Понизовский, 1993; Растворова и др., 1990). Зависимость капшшярно-сорбционного потенциала воды от ее содержания в почве, связанная с гранулометрическим составом почв, содержанием органического вещества, составом обменных катионов, из-за гистерезисных явлений не однозначна в зависимости от того, исследуется ли зависимость при увлажнении или иссушении почвы (Воронин, 1984; Шваров, 1982,1984). В процессе высушивания меняется величина рСа, рНксь содержание обменных кальция и магния меняется незначительно (Крупский и др., 1974; Штобе., 1967; Harris et al., 1994).

1.2. Органическое вещество почв и биохимические показатели. Состав органического вещества почв несколько меняется в зависимости от того, в каком - в свежеотобранном или высушенном состоянии анализируется образец (Плотникова, 1994; Laura, 1976). Большинство исследователей также отмечают уменьшение биомассы микроорганизмов после высушивания почвы; высушивание почв приводит к разрушению микробных клеток и высвобождению из них органических и минеральных веществ; ферментативная активность хотя и несколько снижается, но остается на высоком уровне (Благодатская и др., 2002; Благодатский и др, 1987; Воробьева и др., 1978; Корягин и Др. 2001; Cortez, 1989; van Ginkel et al., 1994).

1.3. Изменение содержания мобильных форм соединений азота в почвах. Не менее 95% общего азота содержится в органическом веществе почв (Ягодин и

др., 2002). Именно с окислением органического вещества почв при высушивании исследователи связывают увеличение содержания аммонийного азота (Кандауров, 1973; Кочергин и др, 1967; Леонтьев, 1975). Предварительное высушивание почвенных образцов не однозначно сказывается на извлечении нитратного азота, увеличивая (Кравков, 1978; Орлова, 1969) или не изменяя извлекаемых количеств (Воробьева, 1974; Кочергин и др, 1967; Лебедяицев, 1960).

1.4. Содержание и подвижность почвенных фосфатов. Как правило, минеральные фосфаты преобладают над органическими во всех почвах. Изменения в содержании подвижных фосфатов тесно связаны с изменениями физических и физико-химических свойств твердой фазы, поглотительной способностью почв. Наряду с явлением увеличения содержания подвижных форм фосфатов в почвах под влиянием высушивания (Кушниренко, 1971; Grava et al., 1961), имеются данные о слабом изменении количества (Никитин, 1971). Различия между высушенными и свежеотобранными образцами почв обнаруживаются тем сильнее, чем слабее взят для вытяжки растворитель (Захаров, 1993; Лебедянцев, 1960).

1.5. Содержание и подвижность калия и некоторых микроэлементов.

Степень закрепления калия в почве, мобильность в системе твердая фаза-раствор определяются состоянием коллоидного комплекса почвы, минералогическим и гранулометрическим состоянием. Калий почв на 99,9% представлен минеральными соединениями (Ягодин и др., 2002). По данным литературных источников, обнаруживается противоречие в направленности процессов фиксации и мобилизации подвижного калия под влиянием высушивания. Противоречивость данных обусловлена количеством и состоянием форм почвенного калия в различных компонентах твердой фазы почв (Кушниренко, 1971; Пчелкин, 1966; Вгау et al., 1939; Haby et al., 1988). Существуют данные об увеличении количества экстрагируемого марганца, железа в высушенных различными способами образцах почв (Khanna и др., 1978; Payne, 1989). Можно сказать, что особенно заметным изменениям подвергается содержание подвижного калия и микроэлементов в результате сушки образцов при t>40 °С.

1.6. Влияние условий хранения почвенных образцов на показатели почвенных свойств. Известно, что длительное время хранить при комнатной

температуре отобранные почвенные образцы не рекомендуется. Прежде всего, это касается агрохимических показателей и показателей микробиологической активности При хранении происходит старение почвенных коллоидов, старение фосфатов (Горбунов, 1974). Из четырех факторов (дегидратация, аэрация, температура, действие света) на изменение свойств почвы наибольшее влияние имеют дегидратация и температура (Лебедянцев, 1960). По многолетним исследованиям агрохимиков составлены градации содержания в почвах доступных питательных веществ для растений. При этом если не учитывать, что высушивание почвенных проб влияет на результаты определений содержания подвижных питательных элементов, то можно не совсем верно отнести почву к той или иной градации обеспеченности. Например, если предстазить вес пахотного слоя на 1га равным 3000 т, тогда увеличение или уменьшение извлечения Р2О5 или К20 на 1 мг/100 г почвы соответствует увеличению или уменьшению их содержания в почве на 30 кг/га.

Таким образом, из-за противоречивости данных литературных источников и отсутствия соответствующих объяснений механизмов изменений подвижности питательных элементов под влиянием высушивания, назрела необходимость подробного исследования.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Дерново-подзолистые почвы Москвы и Подмосковья. В качестве объектов исследований были выбраны:

1. Модельная дерново-подзолистая тяжелосуглинистая почва Научного парка МГУ им. М.В. Ломоносова. Пятнадцать образцов отобрали из верхней части гор. А1 (слой почвы 5 см) по всему периметру участка для определения обменных Са2+ и Mg2+, кислотности. Содержание гумуса в гор. А1 - 3,61%.

2. Модельные разноудобренные дерново-подзолистые почвы лизиметров ВНИПТИХИМ, пос. Немчиновка Московской области. Образцы почв отбирали из пахотных горизонтов почв лизиметров двух серий, различающихся по типу вносимых в них фосфорных удобрений. Смешанные образцы лизиметрических почв для лабораторного эксперимента были отобраны из пахотного горизонта с глубин 0-5, 5-10, 10-15 см (лизиметры с фосфоритной мукой) и 0-6, 6-12, 12-18 см (лизиметры с двойным суперфосфатом) по следующим вариантам: без

удобрений, P70K.no и N2I0P70KI40. Содержание гумуса в указанных образцах 1,37 -1,67%, рНнго 6,0-7,1.

3. Почвы территории Малинского лесничества Московской области. Было отобрано пятнадцать образцов из гор. Al дерновой глубокооглеенной почвы (содержание гумуса 5,99%) на суходольном лугу и такое же количество образцов из гор. Al дерново-среднеподаолистой почвы в лесу под елью (содержание гумуса 4,84%).

2.2. Почвы Одесской области. Образцы чернозема южного слабогумусированного суглинистого были отобраны в поле (огород) на западном берегу Тилигульского лимана (глубина отбора 0-10, 10-15, 15-20 (гор. Апах), 20-25, 25-30 (гор. А), 35-40 (гор. АВ), 45-50 (гор. Вса), 65-70, 8090 (ВСса), 90-100 и 100-105 см (Сса)). Содержание гумуса (в Апах 3,00%) постепенно уменьшается к нижележащим горизонтам до 0,45% (Сса), рН=7,8...8,4. Непосредственно на берегу лимана с платообразных участков на разной высоте от уровня воды были отобраны три образца гор. А слаборазвитых почв с содержанием гумуса 0,89 -1,82%, рНщо 8Л -8,7. Также три образца пахотного горизонта чернозема южного были отобраны с сельскохозяйственного угодья с глубины 0-5 см, 5-10 см и 10-15 см. Содержание гумуса в образцах в пределах 2%, рНнго 8,0.

2.3. Методы исследований.

Содержание углерода в дерновой глубокооглеенной и дерново-подзолистых почвах определяли экспресс-методом, используя экспресс-анализатор АН 7529, в черноземе и слаборазвитых почвах методом Тюрина (Воробьева, 1998). Содержание гумуса рассчитывали путем умножения массовой доли углерода, выраженной в процентах, на коэффициент, равный 1,724. Определение рИшо> рНка проводили потенциометрическим методом в суспензиях почв, гидролитическую кислотность определяли, используя 1М раствор CH3COONa с последующим титрованием аликвоты вытяжки, обменные Са2+ и Mg2+ извлекали из почвы 1М раствором NaCl, их содержание в вытяжке определяли комплексонометрическим методом (Воробьева, 1998). Повторность трехкратная. Подвижный фосфор и калий из образцов дерново-подзолистой почвы извлекали по методу Кирсанова (0,2н НС1), из чернозема - по методу Олсена (0,5н NaHC03). Фосфор определяли на фотоэлектроколориметре по методу Труога-Мейера, калия - пламенно-фотометрическим методом

(Агрохнм. методы, 1975). Результаты определений содержания обменных кальция и магния в почве, рН, гидролитической кислотности, подвижных соединений калия и фосфора, представлены в пересчете на абсолютно сухую почву.

Последовательное извлечение подвижных соединений фосфора и калия проводили из образцов модельной дерново-подзолисгой почвы лизиметров ВНИПТИХИМ, чернозема южного, слаборазвитых почв. Перед началом эксперимента образцы были высушены до воздушно-сухого (в.-с.) состояния, растерты и просеяны через сито "1 мм"; следуя методике, навески воздушно-сухой почвы брали в пересчете на абсолютно сухую почву. Подвижные соединения фосфора и калия извлекали многократными вытяжками (примерно 4—5 раз), при этом между первой и второй вытяжкой почву выдерживали увлажненной: стаканчики с почвой, которая осталась после фильтрования вытяжки, сохраняли в увлажненном состоянии три дня в закрытых эксикаторах, на дне которых была налита дистиллированная вода; между 2-й и 3-й вытяжкой почву высушивали до воздушно-сухого состояния, между 3-й и 4-й - сохраняли в увлажненном состоянии, и т.д. В другом варианте этого же эксперимента после первой, начальной вытяжки, почву высушивали 6 часов при 105°С в термостате, между 2-й и 3-й вытяжками - сохраняли увлажненной, и т.д. Эксперимент проводили в тройной повторности. Второй режим (105°С) был выбран не случайно - при более высокой температуре становятся заметными изменения, не уловимые при высушивании при комнатной температуре и появляется возможность их распознать и учесть. Для краткости изложения материала высушивание почв при 105°С будем называть нагреванием.

V Изотермы десорбции паров воды получали методом равновесия над

насыщенными растворами солей при комнатной температуре. Экспериментальные точки были получены при относительном давлении водяного пара 0,092, 0,150, 0,200, 0,320, 0,332 (насыщенные растворы КОН, 1лС1, К(СН3СОО), СаС12 6Н20, МвС12 6Н20). Для получения величины максимальной гигроскопической влажности использовали точку р/ро=0,98 (насыщенный раствор КгЭОД Предварительное насыщение проб проводили над поверхностью дистиллированной воды, налитой в герметично закрытые эксикаторы. Влажность величины монослоя (¥Лп) рассчитывали по уравнению БЭТ, числовые коэффициенты уравнения находили методом линейной

регрессии. Величину полной удельной поверхности (м2/г) почв получали умножая величину влажности монослоя на коэффициент 3616 (Шеин и др., 2001). Исследование влияния высушивания на величину полной удельной поверхности почв проводили с образцами почвы с территории "Малинок". Свежеотобранную, воздушно-сухую и высушенную при 105°С в термостате почву растирали и просеивали через сито с диаметром отверстий "1 мм", затем, следуя методике, навески почвы (в трех повторностях из каждого образца) насыпали в стеклянные бюксы и далее поступали согласно методике. При этом все этапы экспериментов со свежеотобранной, воздушно-сухой и высушенной при 105°С (6 часов) почвой проводили параллельно, по возможности в одно и тоже время, таким образом, соблюдая однотипность условий.

Исследование изменений содержания Сорг и подвижных соединений калия и фосфора в почве под влиянием высушивания проводили с образцами почв лизиметров ВНИПТИХЙМ через год как они были отобраны и с одним образцом из горизонта А1 дерновой глубокооглеенной почвы суходольного луга из "Малинок", который был отобран незадолго до проведения эксперимента. Почву ВНИПТИХЙМ хранили в воздушно-сухом растертом состоянии, почву Малинок высушивали до воздушно-сухого состояния, растирали и просеивали через сито "1 мм". Содержание углерода, подвижного фосфора и калия определяли в почве без отобранных органических остатков -корней, почве такой же, но подвергнутой нагреву при 105°С (6 часов) в термостате, в почве с отобранными органическими остатками - корешками, и почве, такой же, но нагретой при 105°С. Корешки из почвы удаляли, используя насыщенный раствор №С1 (плотность 1,17 г/см3). Повторность трехкратная.

Все результаты обрабатывали статистически с помощью программы БТАШТССА.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

3.1 Влияние высушивания образцов на некоторые химические свойства дерново-подзолистой почвы.

Высушивание до в.-с. состояния и даже при 105°С существенно не изменило количества извлекаемых обменных кальция и магния из почвы (табл. 1), что подтвердил статистический анализ различий средних. Можно

предположить, что выбранный метод анализа не обладает такой чувствительностью, чтобы выявить какую-либо разницу. Известно, что существенным источником ошибок в аналитической химии является личное

Таблица 1

Средние значения величины (± ошибка среднего) рНщо, рНксь гидролитической кислотности, содержания обменных Са2+ и М^1*, определенные в свежеотобранных образцах (1), воздушно-сухих (2) и высушенных при 105°С (3)

Состояние почвы рНн20 рНка Нг ммоль(+)/ 100 г Са ммоль(+)/ 100 г мг ммоль(+)/ 100 г

1 Неопр. Неопр. Не опр. 18,5±0,26 3,2±0,13

2 6,4± 0,04 5,5*± 0,05 4,1±0,15 18,4±0,24 3,1± 0,14

3 6,3± 0,05 5,1*±0,06 4,2 ±0,16 18,5± 0,25 3,1±0,15

* -средние различаются между собой достоверно по критерию Стъгодента (а=0,05)

предубеждение или предвзятость (Скуг и др, 1979). Нередко хорошее качество проведенных исследований зачастую не выявляет каких-либо видимых изменений или "динамики" (Христенко, 2001). Высушивание образцов почв отразилось на величинах кислотности почвы, но изменения малы и, можно сказать, лежат в пределах ошибки определения.

3.2. Влияние высушивания на извлечение подвижных соединений фосфора и калия из образцов дерново-подзолистых почв на фоне последовательных вытяжек.

При последовательном многократном извлечении подвижных соединений фосфора и калия из образцов почв лизиметров ВНИПТИХИМ, уровень извлечения подвижных соединений фосфора (3,4- 32,6 мг/100 г почвы) и калия (8,0 -15,3 мг/100 г почвы), свойственный первоначальной вытяжке в зависимости от варианта почвы, не сохраняется до конца опыта. В конечную

вытяжку попадает значительно меньшее количество соединений фосфора (3 -4 от/100 г почвы) и калия (1,5 -2,5 мг/100 г), при этом различия по вариантам по содержанию подвижного фосфора и калия, сглаживаются. При многократном извлечении подвижного калия происходит дополнительный переход этого элемента из почвы в раствор, однако, с каждым разом все в меньшем количестве, чем при предыдущем извлечении и высушивание почв до в.-с. состояния не оказывает заметного влияния на извлечение калия. В случае многократного извлечения фосфора из образцов почв вариантов, куда вносили фосфоритную муку, из почвы дополнительное количество фосфора переходит в раствор, но с каждым разом все меньше. Высушивание не оказывает при этом заметного влияния. С образцами вариантов почв, в которые в качестве фосфорного удобрения вносили двойной суперфосфат, картина иная. Первое высушивание почвы до в.-с. состояния вызывает дополнительный переход соединений фосфора в раствор в количестве большем или равном количеству, извлекаемому на предыдущей стадии опыта, когда почву сохраняли в течение нескольких дней в увлажненном состоянии, а в варианте "без удобрений" количество подвижных соединений фосфора, извлекаемое в этом случае после высушивания, превосходит уровень первоначальной вытяжки. Все описанные выше и ниже по тексту тенденции статистически подтверждены с использованием ^-критерия Стыодента для проведения анализа различий средних.

Нагревание почв при 105°С после первой экстракции питательных веществ повышает выход фосфора в 1,5-2 раза от первоначального в почвах, удобренных суперфосфатом, и калия в 1,2-1,5 раза от первоначального извлечения в почвах, удобренных фосфоритной мукой. Второе нагревание почв увеличивает выход подвижного калия в вытяжку в 1,5-6 раз в сравнении с предшествующей стадией увлажнения из всех образцов почв. Роль разных фосфорных удобрений в изменении реакции почвы на нагревание не ясна и требует специального изучения. Опыт с периодическим высушиванием почвы до в.-с. состояния состоит из пяти этапов. Опыт с периодическим нагреванием только из четырех. Но суммарное количество извлеченных соединений фосфора и калия близко по значению и в том и в другом случае.

Одной из возможных причин, способствующих увеличению извлечения подвижных соединений фосфора и калия из почвы под влиянием высушивания,

можно предположить органическое вещество, частично окисляющееся при высушивании. Возможно, также уменьшение при высушивании количества активных центров на почвенной матрице и освобождения часта поглощенного почвой калия. Увеличение извлечения фосфора при высушивании почв может свидетельствовать о разрушении прочносвязанных соединений фосфора. 3.3. Влияние высушивания на извлечение подвижных соединений фосфора и калия из образцов чернозема южного и слаборазвитых почв на фоне последовательных вытяжек.

Поведение фосфора и калия при последовательном многократном их извлечении из образцов чернозема, различно и зависит, в первую очередь, от принадлежности образца к генетическому горизонту почвы. При последовательном извлечении подвижного фосфора из образцов чернозема южного (и из образцов горизонта Апах чернозема с с.-х. поля) при периодическом высушивании почв до в.-с. состояния, следующая за начальной вытяжка после стадии увлажнения извлекает достоверно большее или примерно такое же количество подвижного фосфора (рис. 1). На графиках показаны ошибки среднего, вычисленные для каждого образца, проанализированного в тройной повторности. Для образцов из почвенного профиля ниже 25 см характерно недостоверное уменьшение извлечения подвижного фосфора с каждой новой вытяжкой, при этом высушивание увеличивает извлечение фосфора из образцов ниже 65 см.

В целом, можно сказать, что высушивание почвы до в.-с. сухого состояния не оказывает заметного влияния на подвижность фосфора и последовательное извлечение фосфора из почвы лишь характеризует весь запас подвижных фосфатов.

Поведение калия при многократном извлечении из образцов верхних слоев почвы (0-25 см) сходно с таковым для пахотного горизонта дерново-подзолиетой почвы лизиметров ВНИПТИХИМ. Для средней части горизонта А - 25-30 см - и верхней части горизонта АВ - 35-40 см - характерна положительная реакция на сохранение почвы во влажном состоянии во второй раз - количество калия, переходящее в раствор почти достигает первоначального уровня. В самых нижних слоях почвенного профиля (80-105 см) первое высушивание почвы до в.-с. сухого состояния оказывает положительное действие на почву и количество калия, переходящее в раствор

— 0-10

— 10-15 ™ 15-20

— 20-25

— 25-30

— 35-40

— 45-50 •-65-70

— - 80-90

— 90-100 100-105

----0-10

-10-15

....... 15-20

------20-25

-----25-30

-35-40

-45-50

---65-70

----80-90

--90-100

-100-105

нач

Рис. 1. Подвижность соединений фосфора и калия при последовательном увлажнении и высушивании образцов чернозема южного при комнатной температуре. Условные обозначения здесь и далее: нач - начальная вытяжка, у

- увлажнение, в - высушивание при комнатной температуре, н - нагревание, I

- ± ошибка среднего арифметического

после высушивания, превышает количество, свойственное первоначальной вытяжке.

Результаты последовательного многократного извлечения из образцов чернозема южного подвижных соединений фосфора и калия с периодическим нагреванием почвы в термостате при 105°С (рис. 2) показывают увеличение извлечения подвижного фосфора после первого нагревания, причем его количество, переходящее в раствор, превышает количество, переходящие в раствор в случае, если вместо первого нагревания почву сохраняли несколько дней в увлажненном состоянии. Превышения составляют в среднем 6,5 мг для образцов из Апах, 3,9 мг для А, 2,8 мг для горизонта АВ, 1,6 мг ВСо,, 2,2 мг для ВСса и 2,9 мг для Сса- Второе нагревание этих же образцов почвы увеличивает или не изменяет извлечение подвижного фосфора в сравнении с предшествующей стадией увлажнения, и количество соединений фосфора в вытяжке достигает уровня первоначального извлечения, а в образцах из нижних горизонтов (45-105 см) содержание фосфора в вытяжке превышает первоначальный уровень в 7-14 раз.

В отличие от фосфора, после первого нагревания количество извлекаемого подвижного калия достоверно уменьшается в сравнении с первоначальным уровнем. Такая закономерность наблюдается в образцах до глубины 80 см. Второе нагревание почвы резко увеличивает содержание калия в вытяжках из всех образцов, а из образцов почвы ниже 30 см количество соединений калия, переходящее в раствор, превышает уровень первоначальной вытяжки в 1,4-30 раз. При многократном извлечении фосфора и калия с периодическим высушиванием или нагреванием образцов слаборазвитых почв наблюдается сходство в поведении фосфора в аналогичном опыте с образцами нижних (35-100 см) горизонтов чернозема южного. Подсчет суммарных количеств извлеченных соединений фосфора и калия из образцов чернозема южного и слаборазвитых почв показывает, что хотя опыт с нагреванием включает всего четыре стадии, а опьгг с высушиванием на воздухе - пять, суммарное количество извлеченных элементов близко, т.е. нагревание существенно увеличивает подвижность фосфора и калия. В реальных почвах между нерастворимыми, растворимыми и растворенными формами питательных элементов существует динамическое равновесие (Минеев, 1999; Федоров, 2002; McLean, 1983).

25 i 20

t. о

S 15 H

<s n

5 н 0

- 0-10 — 10-15

----15-20

-20-25

-35-40

— - 45-50

---65-70

-80-90

90-100

— " 100-105

нач

-г-

н

-1—

У

0-10

10-15

15-20

20-25

25-30

35-40

45-50

65-70

80-90

90-100

-г-

н

Рис. 2. Подвижность соединений фосфора и калия при последовательном увлажнении и нагревании образцов чернозема южного. Условные обозначения см рис. 1

Можно сказать, что при последовательном многократном извлечении подвижных соединений фосфора и калия из одного образца, дерново-подзолистая удобренная почва, чернозем южный, слаборазвитые почвы способны только частично поддержать равновесие твердая фаза-раствор на

уровне, который устанавливается при первоначальном взаимодействии почвы с раствором. Высушивание же этих почв до воздушно-сухого состояния и при 105°С способствует переходу фосфора из малоподвижных фондов в подвижные в количестве, достаточном для поддержания равновесия твердая фаза-раствор на первоначальном уровне и более того. На калий во всех случаях только нагревание заметно оказывает эффект.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА ГИДРОСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Динамическое равновесие свойственно и системе связанная почвой влага - парообразная влага почвенного воздуха. Гидросорбционная способность почвы может быть источником легко получаемой информации о свойствах ее твердой фазы, в частности о дисперсности почвы. Анализ изотерм сорбции водяного пара почвами позволяет выявить тонкие особенности процессов поглощения водяного пара почвами в зависимости от их состава и дисперсности. Как указывает А. Д. Воронин (1984), почвенные частицы взаимодействуют с внешней средой посредством воды, всегда окружающей эти частицы в природных условиях.

Высушивание почвы до воздушно-сухого состояния снижает гидросорбционную способность образцов гумусового горизонта дерновой глубокооглееной почвы "Малинок", что сказывается на характере изотерм десорбции водяного пара (рис. 3). Для образцов гор. А1 дерново-подзолистой почвы, также отобранных на территории "Малинок", характерна та же тенденция (рис.4). Такая разница в гидросорбционных способностях почв, обусловленная высушиванием образцов до воздушно-сухого состояния, определяет разную величину полной удельной поверхности (УП) почв, рассчитанной по уравнению БЭТ (табл. 2); удельная поверхность высушенных почв достоверно уменьшилась.

При проведении аналогичного эксперимента, но с высушиванием почвенных образцов при 105°С в термостате, эксперимент не удалось закончить, т.к. высушивание при более высокой температуре провоцирует обильное появление плесени на образцах при насыщении их над дистиллированной водой. Поэтому пробы в бюксах увлажняли, осторожно

приливая воду по стеклянной палочке до насыщения почвы влагой, бюксы закрывали крышками и выдерживали в течение недели в темном месте.

4 -3 -

2 -

1 -

О . . . .

р/ро

О 0,1 0,2 0,3 0,4

-1 .......2 ----3 I 4

Рис. 3. Изотермы десорбции водяного пара почвами. "Малинки". Горизонт А1 дерновой глубокооглеенной почвы. 1 - свежеотобранные образцы, 2 -воздушно-сухие, 3 - высушенные при 105°С, 4 - ± ошибка среднего

Таблица 2

Полная удельная поверхность (среднее £ ошибка среднего) гумусовых горизонтов дерновой глубокооглеенной (1) и дерново-подаолистой (2) почв территории 'Малинок", полученная методом десорбционного равновесия

Образцы в м2/г

1 2

свежеотобранные 105**118* 66* * 75*

воздушно-сухие 90* 52*

высушенные при 105°С 67* 41*

Примечание: ошибка среднего 1,27 -г- 2,76, *- средние различаются между собой достоверно по критерию Стыодента (а=0,05)

Шестичасовое воздействие температуры 105°С резко уменьшило гидросорбционную способность почв (рис. 3, 4). Величина полной УП уменьшилась под воздействием температуры (табл. 2).

4 -

3 -

2 -

1 -

О т-1-1-1-1 .

р/ро

О 0,1 0,2 0,3 0,4

-1 .......2 ----3 I 4

Рис. 4. Изотермы десорбции водяного пара почвами. "Малинки". Горизонт А1 дерново-подзолистой почвы. 1 - свежеотобранные образцы, 2 - воздушно-сухие, 3 - высушенные при 105°С, 4 - ± ошибка среднего

Известно, что только часть почвенной массы принимает активное участие в почвенных процессах (Зубкова и др., 2001). Основной вклад в величину максимальной гигроскопической влажности (МГ), привносит фракция ЭПЧ почвы меньше 1 мкм (Воронин, 1984). Вероятнее всего с изменениями свойств частиц почвы меньше 1 мкм при высушивании почв до в.-с. состояния связано изменение величины максимальной гигроскопической влажности (МГ) при высушивании свежеотобранных образцов. Величина МГ дерновой глубокооглеенной почвы от 15,9% в свежеотобранных образцах уменьшилась на 4,2% (в высушенных 11,7%). В дерново-подзолистой почве (9,6%) уменьшилась на 2,3% (7,3%), изменения статистически значимы.

При высушивании почв, дегидратации, происходит сближение структурных отдельностей, коллоидных частиц, что увеличивает непосредственную площадь контакта между ними, тем самым, способствуя возникновению между ними прочных связей различной природы, приводящее к их слипанию (Третинник и др., 1989; Макеева, 1988).

Вероятно, при высушивании происходят необратимые изменения в коллоидной части почвы и как следствие уменьшение суммарной их поверхности. Уменьшение суммарной поверхности почвенных коллоидов, вероятно, является одной из возможных причин изменения извлечения подвижных питательных элементов из предварительно высушенной почвы.

Почва - многокомпонентная система, и разные компоненты сами по себе либо в совокупности с другими могут изменяться под воздействием высушивания как частично, так и полностью. С этой позиции можно высказать множество предположений о механизмах, приводящих к таким изменениям. Среди таких - предположение, что причиной изменений подвижности фосфора и калия в почве при высушивании, может быть органическое вещество.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНОГО ФОСФОРА, КАЛИЯ И СОДЕРЖАНИЕ Сорг

Т.к. в выше представленном исследовании содержание подвижных соединений фосфора и калия явно увеличивается в образцах дерново-подзолистых почв лизиметров ВНИПТИХИМ под воздействием температуры 105сС, поэтому эта почва была выбрана в качестве объекта исследования в данном эксперименте. Дальнейшее изучение механизмов изменения подвижности питательных веществ предусматривает в первую очередь изучение изменения состояния органического вещества под влиянием нагревания почвы. Были исследованы связи между этим изменением и увеличением подвижности фосфора и калия в почве. При этом использовали те же самые образцы дерново-подзолистых почв лизиметров ВНИПТИХИМ и один образец гумусового горизонта почвы суходольного луга территории "Малинок".

Для образцов почв, проанализированных в тройной повторности, анализ различий средних проводили, используя t-критерий Стьюдента, а для большей уверенности о сделанных выводах также использовали технику box and whisker

plot программы STATISTICA: строили графики, на которых в качестве средних значений использовали среднее арифметическое, а "усы" - максимальное и минимальное значение в выборке. При этом достоверными отличиями считали те случаи, когда минимальные и максимальные значения сравниваемых выборок не пересекаются.

Определение содержания подвижного фосфора тем же самым методом, что и год назад, обнаруживает большие количества этого элемента, переходящие в раствор, т.е. содержание подвижного фосфора через год хранения образцов увеличилось в 1,5-2 раза. Подобное увеличение произошло как в удобренных вариантах, так и в контроле. Как и в случае с фосфором, произошло увеличение содержания подвижного калия в образцах через год их хранения, но увеличение подвижности калия меньше фосфора - в среднем 1-2 мг, в некоторых случаях 4-5 мг. При хранении образцов почв произошло изменение рНШо почвы в пределах единицы, а обработка почвы хлористым натрием вернула почве прежние значения рНщо.

Полученные результаты показывают, что сильнее всего на почву повлияла обработка хлористым натрием для удаления корней - содержание углерода достоверно уменьшается примерно у половины образцов (содержание Сорг уменьшается на 0,09-0,23%), извлечение фосфора и калия из такой почвы достоверно увеличивается примерно у половины образцов (соответственно на 2,7-9,4, 0,8-3,8 мг/100 г почвы). Нагревание образцов почв, как до удаления, так и после удаления корней достоверно уменьшает содержание углерода менее чем в 25% случаев (содержание Сорг в почве уменьшается на 0,07-0,33 %). Нагревание почвы с корнями уменьшает извлечение и фосфора (на 1,3-8,5 мг/100 г почвы), и калия (на 0,9 -1,8 мг/100 г) примерно в 25% случаев. Нагревание почвы после обработки хлористым натрием уменьшает их извлечение в 50% случаев (соответственно для фосфора разница 1,8 -17,0 мг/100 г, для калия 1,0 -3,9 мг/100 г). Процент достоверных случаев отличий средних мал, т.к. сама величина наблюдаемых изменений средних также мала. Предположение, что изменение состояния органического вещества в почве при нагревании служит причиной увеличения подвижности фосфора и калия в почве, не подтверждается. Об этом, отчасти, свидетельствует корреляционный анализ. Были найдены разности в содержании веществ между всеми вариантами для каждого параметра (Сорг, фосфора, калия). Затем между

соответствующими остатками углерода и фосфора, углерода и калия находили корреляционную связь. Как мера этой связи был получен параметрический коэффициент корреляции и коэффициент корреляции Спирмена: в обоих случаях коэффициент корреляции мал и незначим.

ВЫВОДЫ

1. Высушивание почвенных образцов при комнатной температуре и при 105°С приводит к незначительным изменениям содержания обменного Са2+ и величин рН, рНксь гидролитической кислотности.

2. Последовательные вытяжки из почв показывают уменьшение содержания экстрагируемого фосфора и калия с каждой новой вытяжкой.

3. Повышение температуры высушивания (б часов при 105°С) увеличивает извлечение подвижного фосфора и калия из дерново-подзолистых почв при последовательных вытяжках. При последовательных вытяжках повышение температуры высушивания (6 часов при 105°С) образцов чернозема южного резко увеличивает извлечение подвижного фосфора из всех образцов почвенного профиля, но резко уменьшает извлечение подвижного калия после первой экстракции.

4. Сильное увеличение подвижности питательных элементов в почве может произойти при хранении почвенных проб в течение длительного времени.

5. Уменьшение содержания органического вещества в почве при нагревании не коррелирует с изменением содержания подвижных соединений фосфора и калия.

6. Высушивание образцов дерново-подзолистой и дерновой глубокооглеенной почвы до воздушно-сухого состояния и при 105°С снижает их гидросорбционную способность.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Савченко Е.Г. Влияние высушивания почв на содержание углерода органических соединений и подвижность питательных веществ // Вестн. Моск. ун-та. Серия 17. Почвоведение. 2003. №4. стр. 21-27.

2. Савченко Е.Г. Воздействие высушивания и нагревания почв на подвижность питательных веществ //Почвоведение. 2004. №3. стр. 322-331.

3. Савченко Е.Г. Высушивание как фактор увеличения подвижности питательных веществ в почве // Тез. докл. Докучаевских молодежных чтений "Методологические проблемы современного почвоведения". 27 февраля-2 марта 2001 г., Санкт-Петербург. Стр. 83-84.

4. Савченко Е.Г. Влияние высушивания на подвижность питательных веществ в почвах // Тез. докл. 8-й Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов - 2001". Секция Почвоведение. 10-13 апреля 2001 г., Москва. Стр. 107.

5. Савченко Е.Г. Влияние высушивания почв на содержание подвижных форм фосфора, калия и Сорг. // Тез. докл. 9-й Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов - 2002". Секция Почвоведение. 10 апреля 2002 г., Москва. Стр. 94-95.

6. Савченко Е.Г. Влияние высушивания на содержание обменных кальция и магния в почве // Тез. докл. 10-й Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов - 2003". Секция Почвоведение. 17 апреля 2003 г., Москва. Стр. 120-121.

7. Савченко Е.Г. Изменение подвижности фосфора и калия в почве под влиянием высушивания // Тез. докл. 7-й Пущинской школы-конференции молодых ученых "Биология - наука XXI века". 14-18 апреля 2003 г., Пущино. Стр. 422-423.

РНБ Русский фонд

2МН

Подписано в печать 22.11.2004 Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 усл.п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № 197 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. 102

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Савченко, Елена Геннадьевна

Специальность 03.00.27 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Л.О. Карпачевский

Москва

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА СВОЙСТВА ПОЧВ

1Л. Физические и физико-химические свойства почв

1.2. Органическое вещество почв и биохимические показатели

1.3. Изменение содержания мобильных форм соединений азота в почвах

1.4. Содержание и подвижность почвенных фосфатов

1.5. Содержание и подвижность калия и некоторых микроэлементов

1.6. Влияние условий хранения почвенных образцов на показатели почвенных свойств

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ '

2.1 .Дерново-подзолистые почвы Москвы и Подмосковья

2.2. Почвы Одесской области

2.3. Методы исследований

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

3.1. Влияние высушивания образцов на некоторые химические свойства дерново-подзолистой почвы

3.2. Влияние высушивания на извлечение подвижных соединений фосфора и калия из образцов дерново-подзолистых почв на фоне последовательных вытяжек

3.3. Влияние высушивания на извлечение подвижных соединений фосфора и калия из образцов чернозема южного и слаборазвитых почв на фоне последовательных вытяжек

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА ГИДРОСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ВЫСУШИВАНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНОГО ФОСФОРА, КАЛИЯ И СОДЕРЖАНИЕ Сорг 79 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95 ВЫВОДЫ 98 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 99 ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Содержание подвижных питательных веществ во влажных и сухих образцах почв"

Влиянию высушивания на свойства почв посвящено много работ, среди которых наиболее известны работы А.Н. Лебедянцева (1927, 1960), В. А. Францессона и др. (1948), В.У. Пчелкина (1966), Е.Ф. Кушниренко (1971), Воробьевой Л.А. и др. (1964), А.Д. Воронина (1984), А.П. Шварова (1982,1984), С.А. Благодатского и др. (1987), R.H Вгау et al. (1939), R.E Luebs et al. (1956) и др. Большая часть известных нам работ анализирует воздействие высушивания на агрохимические показатели почв, однако в данном вопросе при анализе литературных источников обнаруживается много противоречий даже при исследовании однотипных почв с одинаковым минералогическим, гранулометрическим составом, содержанием органического вещества. В исследованиях динамики содержания питательных веществ в почве во времени, г иногда отсутствуют сведения в каких — свежеотобранных или воздушно-сухих образцах проводили анализ, объяснения причин и механизмов изменений показателей под влиянием высушивания носят иногда условный, гипотетический характер. Для получения реальных показателей агрохимических свойств почв рекомендуют образцы почв перед анализом подвергать быстрому просушиванию при температуре не выше 30-40°С (Захаров, 1993; Никифоренко, 1987). Для повышения производительности аналитических работ разрабатывают методы просушивания образцов почв в микроволновой печи; однако, показано, что такая подготовка также сказывается при определении подвижных элементов и ряда других показателей (Payne et al., 1989; Tome, 1995).

При проведении мониторинга земель сельскохозяйственного назначения РФ производится учет различных показателей свойств почв, при этом актуальным остается вопрос пересмотра и усовершенствования используемых методов определения подвижных форм фосфора и калия, а также уточнение оптимальных сроков и техники отбора почвенных образцов, особенно в жаркие летние месяцы (Державин и др., 1999).

Актуальность темы. Подготовка почв ко многим аналитическим процедурам включает их подсушивание (на воздухе, в термостате). Высушивание почв до влажности ниже влаги завядания наблюдается в аридных условиях и в верхних горизонтах почв гумидных регионов. В работах многих исследователей показано, что высушивание влияет на агрохимические свойства почв, однако в данном вопросе при анализе литературных источников обнаруживается много противоречий даже при исследовании однотипных почв с одинаковым минералогическим, гранулометрическим, составом, содержанием органического вещества. Очень мало исследований, касающихся изменений свойств почв в цикле высушивание — увлажнение — высушивание, которое свойственно почвам в естественных природных условиях. В исследованиях динамики содержания питательных веществ в почве во времени, иногда отсутствуют сведения в каких - свежеотобранных или воздушно-сухих -образцах проводили анализ. Объяснения причин и механизмов происходящих изменений свойств почв под влиянием высушивания носят иногда условный, гипотетический характер.

Поэтому вопрос о влиянии высушивания на агрохимические свойства почв и выяснение причин и механизмов происходящих изменений остается актуальным.

Цель работы — исследовать извлечение подвижных питательных элементов из влажных и сухих образцов почв. Для осуществления этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить степень влияния высушивания почвенных образцов на содержание в них обменных кальция и магния, почвенную кислотность.

2. Исследовать влияние высушивания почв при комнатной температуре и при 105°С на подвижность фосфора и калия при последовательном многократном извлечении их из почвы.

3. Установить связь между изменением содержания органического вещества и изменением содержания подвижных форм фосфора и калия в почве под воздействием высушивания почвы при температуре 105°С.

4. Выявить степень влияния высушивания на гидросорбционные свойства почв. Научная новизна. Установлено, что высушивание до воздушно-сухого состояния и при температуре 105°С образцов дерново-подзолистой почвы слабо отражается на результатах определения содержания обменных кальция и магния, почвенной кислотности. На фоне многократных последовательных вытяжек показано значительное влияние высушивания почвенных образцов на извлечение подвижного фосфора и калия. После хранения воздушно-сухих образцов удобренной дерново-подзолистой почвы в лаборатории в течение одного года увеличилось количество извлекаемых подвижных соединений фосфора и калия. Установлено, что значение полной удельной поверхности, определенное в свежеотобранных образцах больше, чем в воздушно-сухих образцах и образцах, высушенных при 105°С.

Практическая значимость. Результаты работы позволят внести коррективы при отборе почвенных образцов для агрохимических и других исследований. Различные величины удельной поверхности свежеотобранных и высушенных образцов почв, изменения в содержании подвижных питательных веществ после высушивания или нагревания почвенных образцов, прослеживающиеся на фоне последовательных вытяжек, наглядно указывают на существенные изменения, происходящие с твердой фазой почвы. Результаты работы позволяют существенно уточнить сроки анализа почвенных образцов в зависимости от предполагаемой программы исследования.

Диссертационная работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе две статьи. Основные положения диссертации были доложены на Докучаевских молодежных чтениях (Санкт-Петербург, 2001), на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам (Москва, 2001, 2002, 2003), в Путинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2003).

Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Автор выражает глубокую благодарность своему руководителю д.б.н профессору Л.О. Карпачевскому за постоянную всемерную помощь в работе, сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв д.б.н. Т.А. Зубковой, к.б.н. Т.Н. Початковой, сотрудникам кафедры общего почвоведения к.б.н. Л.Г. Богатыреву и Е.А. Погожевой за неоценимую помощь и советы при проведении данного исследования. Особую признательность автор выражает сотрудникам ВНИПТИХИМ А.П. Смирнову и Э.Н. Садовской за неоценимую помощь в работе.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Савченко, Елена Геннадьевна

выводы

1. Высушивание почвенных образцов при комнатной температуре и при 105°С

Л I л . приводит к незначительным изменениям содержания обменного Са и Ту^ , величин рНщсь рНксь гидролитической кислотности.

2. Последовательные вытяжки из почв показывают уменьшение содержания экстрагируемого фосфора и калия с каждой новой вытяжкой.

3. Повышение температуры высушивания (6 часов при 105°С) увеличивает извлечение подвижного фосфора и калия из дерново-подзолистых почв при последовательных вытяжках. При последовательных вытяжках повышение температуры высушивания (6 часов при 105°С) образцов чернозема южного резко увеличивает извлечение подвижного фосфора из всех образцов почвенного профиля, но резко уменьшает извлечение подвижного калия после первой экстракции.

4. Сильное увеличение подвижности питательных элементов в почве может произойти при хранении почвенных проб в течение длительного времени.

5. Уменьшение содержания органического вещества в почве при нагревании не коррелирует с изменением содержания подвижных соединений фосфора и калия.

6. Высушивание образцов дерново-подзолистой и дерновой глубокооглеенной почвы до воздушно-сухого состояния и при 105°С снижает их гидросорбционную способность и удельную поверхность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ полученных данных показал, что высушивание образцов дерново-подзолистой почвы мало изменило величину рНшо, гидролитическую кислотность, содержание обменных кальция и магния, относительную стабильность этих показателей весьма полезно учитывать при проведении анализов, т. к. с сухими образцами работать гораздо удобнее.

Высушивание при комнатной температуре при последовательных вытяжках образцов дерново-подзолистой почвы практически не влияет на извлечение подвижных соединений фосфора и калия. Для всех веществ, особенно для калия, характерно постоянное убывание его содержания с каждой новой вытяжкой несмотря на высушивание. Нагревание почв при 105°С после первой экстракции питательных веществ повышает выход подвижного фосфора в почвах, удобренных суперфосфатом, и калия в почвах, удобренных фосфоритной мукой. Роль разных фосфорных удобрений в изменении реакции почвы на нагревание не ясна и требует специального изучения. Одной из возможных причин, способствующих увеличению содержания подвижных соединений фосфора и калия в почвах в результате высушивания, можно предположить частично окисляющееся при высушивании органическое вещество. Возможно, также уменьшение при высушивании количества активных центров на почвенной матрице и освобождения части поглощенного почвой калия. Увеличение содержания подвижного фосфора в почвах, может свидетельствовать о разрушении прочно связанных соединений фосфора при переменном увлажнении и высушивании, но доля этих соединений очень мала.

Данные по южному чернозему отчасти подтверждают приведенные выше наблюдения последовательного уменьшения количества экстрагируемых веществ с каждой новой вытяжкой. Поведение калия или фосфора при последовательной многократной экстракции зависит от принадлежности образцов к генетическим почвенным горизонтам; тенденции последовательной экстракции фосфора и калия из образцов гумусовых горизонтов слаборазвитых почв напоминают таковые для образцов из нижних горизонтов профиля чернозема (35-105 см). Последовательное извлечение подвижного фосфора и калия из образцов чернозема южного показывает, что почва частично поддерживает равновесие твердая фаза-раствор на уровне первоначальных вытяжек (фосфор), особенно в образцах из нижних горизонтов, где высушивание при комнатной температуре увеличивает извлечение и фосфора (25-30 и 65-105), и калия (35-105 см). Повышение температуры высушивания образцов чернозема южного (6 часов при 105°С) резко увеличивает извлечение подвижного фосфора из всех образцов почвенного профиля, но резко уменьшает извлечение калия после первой экстракции (кроме образцов 80-105 см), что может свидетельствовать о действительно разной природе связи фосфора и калия с твердой фазой почв.

Подсчет суммарного количества фосфора и калия, извлеченных последовательными вытяжками, указывает на предел "подвижности" питательных элементов; можно предположить, что если увеличить время выдерживания образцов во влажных условиях, в раствор выйдет большее количество подвижных соединений фосфора и калия, мобилизуемых из неподвижных фондов почвы. Сильное увеличение содержания подвижных питательных элементов в почве может произойти при хранении почвенных проб в течение длительного времени (в удобренной дерново-подзолистой почве содержание подвижных соединений калия в почве увеличилось на 1-2 мг, подвижных соединений фосфора в 1,5-2 раза, снижение рН почвы происходит на 0,5-0,9 единиц). В модельном эксперименте показано увеличение содержания подвижных соединений фосфора в дерново-подзолистой почве при хранении образцов в течение двух лет. Особое внимание следует обратить на условия хранения почвенных образцов.

Обработка почвы хлористым натрием и нагревание почвы при 105°С с большой вероятностью уменьшает содержание углерода в почве. Уменьшение содержания органического вещества при нагревании не связано с изменением подвижности питательных веществ, т.е. по данным нашего эксперимента нельзя сказать, что органическое вещество является источником подвижных питательных веществ в почве в результате высушивания. Хотя при другой постановке эксперимента можно ожидать других результатов.

Высушивание образцов дерновой глубокооглеенной и дерново-подзолистой почвы при комнатной температуре и при 105°С снижает их гидросорбционную способность, что свидетельствует об изменении свойств твердой фазы при взаимодействии ее с водой. Многие процессы, происходят в почве при посредстве воды. При высушивании может происходить коагуляция коллоидов, гидрофобизация органических и неорганических молекул и соединений и ряд других процессов, которые, в свою очередь, могут привести к высвобождению либо поглощению питательных веществ почвой, происходящего из-за нарушений "равновесных" условий.

Полученные данные косвенно свидетельствуют о разных механизмах "освобождения" под влиянием высушивания калия и фосфора из труднодоступных для растений их соединений.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Савченко, Елена Геннадьевна, Москва

1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Изд-во Наука. 1975. Алехина Л.К., Добровольская Т.Г. Динамика структуры бактериальных комплексов дерново-глеевой почвы в процессе ее высушивания // Почвоведение. 1999. №9. С. 1140-1143.

2. Атлас почв Украинской ССР / Под ред. Н.К. Крупского, Н.И. Полупана. Киев: Урожай. 1979. 487 с.

3. Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. М.: Агропромиздат. 1988. 376 с.

4. Басевич В.Ф. К происхождению неоднородности подзолистых почв в агроценозе // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 1996. №3. С. 54-63.

5. Басевич В.Ф. Неоднородность подзолистых почв в условиях агроценозов // Почвоведение. 1996. №10. С. 1176-1185.

6. Благодатская Е.В., Хомутова Т.Э., Демьянова Е.Г. Влияние высушивания и термической обработки на доминирующую экологическую стратегию микробного сообщества почвы под сеяным лугом // Агрохимия. 2002. №7. С. 61-66.

7. Благодатская Е.В., Хомутова Т.Э., Демьянова Е.Г., Ананьева Н.Г. Влияние режимов высушивания и термической обработки почвы под сеяным лугом на показатели дыхательной активности микроорганизмов // Агрохимия. 2002. №3. С. 55-61.

8. Благо датский С.А., Благодатская Е.В., Горбенко А.Ю., Паников Н.С. Регидрационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве // Почвоведение. 1987. №4. С. 64-71.

9. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат. 1986. 416 с.

10. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во МГУ. 1986. 244 с.

11. Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. М.: Изд-во1. МГУ. 1984. 204 с.

12. Воронин А.Д., Витязев В.Г. К оценке величины внешней и внутренней удельных поверхностей твердой фазы почв по изотермам десорбции паров воды//Почвоведение. 1971. С. 50-57.

13. Воронин А.Д., Тюгай З.Н., Капинос В.А. Термограммы сушки почв //Вестн.

14. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1998. №3. С. 39-42.

15. Гаель А.Г., Смирнова Л.Ф. Пески и песчаные почвы. М.: ГЕОС. 1999. 271 с.

16. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М.: 1981. 242 с.

17. Горбунов Н.И. Почвенные коллоиды и их значение для плодородия. М.: Наука.1967. 160 с.

18. Горбунов Н.И. Минералогия и коллоидная химия почв. М. Наука. 1974. 314 с.

19. Кораблева Л.И., Слуцкая Л.Д. Влияние фиксирующей способности пойменных почв на доступность калия растениям // Почвоведение. 1972. №9. С. 62 -69. Корягин Ю.В., Иванов А.и., Надеждин С.М. и др. Почвенная биология. Пенза: РИО ПГСХА. 2001.280 с.

20. Кочергин А.Е. Специфические особенности агрохимической службы в западной Сибири // Химия в сельском хозяйстве. 1967. Т.5. №2. С. 55-60. Кравков С.П. Биохимия и агрохимия почвенных процессов. Л.: Наука. 1978. 291 с.

21. Крупкин П.И., Крупкина Э.И., Чурикова Л.И. Статистическая оценка результатов определения нитратного азота в свежих и сухих образцах // Почвоведение. 1973. №6. С. 131-138.

22. Крупский Н.К., Александрова A.M., Губарева Д.Н. Электрометрические методы определения активности ионов в почвах. X. Электрометрический метод определения известкового потенциала в почвах // Агрохимия. 1975. № 3. С. 133-137.

23. Куклик В. Режим влажности почв при орошении методом дождевания. Дис. канд биол. наук. МГУ им. М.В. Ломоносова. М.:1973. 252 с.

24. Кушниренко Е.Ф. Влияние высушивания почв на содержание подвижных форм калия и фосфора//Агрохимия. №7. 1971. С. 55-59.

25. Лебедянцев А.Н. Труды Шатиловской с.-х. опытной станции. Химическая лаборатория. №21. вып. 5. 1927. 32 с.

26. Лебедянцев А.Н. Избранные труды / Под. ред. Д.А. Аскинази, З.И. Журбицкого. М.: Сельхозгиз. 1960. 567 с.

27. Лебедянцева О.Н. Влияние высушивания почвы на сильно- и слабоподзолистые суглинки и супесь // Тр. Калужской Агрономической лаборатории. Калуга. 1927. Вып. 6. С. 9-12.

28. Леонтьев А.К. О методике определения содержания подвижных питательных веществ почвы в свежих и воздушно-сухих образцах // Тр. Воронежского с.-х. ин-та. 1975. Т. 78. С. 44-49.

29. Макеева В.И. Влияние увлажнения и иссушения на структурное состояние почвы//Почвоведение. 1988. №12. С. 80-88.

30. Матыченков В.В. Аморфный оксид кремния в дерново-подзолистой почве и его влияние на растения. Автореф. дис. канд. биол.наук. МГУ им. М.В. Ломоносова. М.: 1990. 26 с.

31. Милановский Е.Ю. Амфифильные компоненты гумусовых веществ почв //почвоведение. 2000. №6. С. 706-715.

32. Минеев В.Г. Агрохимия. М.: Изд-во МГУ. 1990. 486 с.

33. Минеев В.Г. Агрохимия и экологические функции калия. М.: Изд-во МГУ. 1999. 332 с.

34. Минов C.B. Почвенно-экологические исследования состояния искусственной лесополосы на модельной дерново-подзолистой почве. Дипломная работа. МГУ им. М.В. Ломоносова. М.: 1996. 12 с.

35. Мичурин Б.Н., Романов О.В. Влияние удельной поверхности и состава поглощенных катионов на зависимость почвенной влаги от влагосодержания // Сб. Тр. Сев. Зап. НИИСХ. Л.: 1985. С.11-16.

36. Никитин В.В. Сравнительная оценка методов определения подвижных фосфатов в обыкновенных черноземах юго-востока ЦЧП // Агрохимия. 1971. №10. С. 144-148.

37. Никифоренко Л.И. Агрохимические методы исследования обеспеченности почв азотом и их применимость в различных почвенно-климатических условиях // Агрохимия. 1974. №2. С. 136-151.

38. Никифоренко Л.И. Влияние высушивания, хранения и подготовки к анализу почвенных образцов на показатели агрохимических свойств почв // Агрохимия. 1987. №3. С. 109-126.

39. Носко Б.С., Христенко A.A. Влияние состава и свойств почв на результаты определения содержания подвижного фосфора химическими методами // Агрохимия. 1996. №4. С. 86-93.

40. Овасапов Х.К. Влияние высушивания почвы на плодородие ее в почвенных условиях Анненковской с.-х. опытной станции. 1928. 28 с.

41. Оношко Б. Влияние высушивания и промораживания на плодородие торфа // Научно-агрономический журнал. 1927. №4. С. 285-288.

42. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв. М.: Изд-во МГУ. 1974. 331 с.

43. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почвы и общая теория гумификации. М.: Издво МГУ. 1990. 325 с.

44. Орлов Д.С. Дискуссионные проблемы современной химии почв //

45. Почвоведение. 2001. №3. с. 375-382.

46. Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-во МГУ. 1985. 376 с.

47. Орлова JI.M. К методике определения нитрификационной способности почв // Агрохимия. 1969. №5. С. 116-121.

48. Паников Н.С., Палеева М.В., Дедыш С.Н., Дорофеев А.Г. Кинетичесике методы определения биомассы и активности различных групп почвенных микроорганизмов//Почвоведение. 1991. №8. С. 109-120.

49. Петров Е.С. К вопросу о повышении плодородия почвы путем ее высушивания и обработки летучими антисептиками. Записки Ленинградского с.-х. ин-та. 1924. С. 154-165.

50. Полупан Н.И. Почвы Украины и повышение их плодородия. Киев: Урожай. 1988. 425 с.

51. Пчелкин В.У. Почвенный калий и калийные удобрения. М.: Колос. 1966. 366 с. Пуховский A.B. Экспрессные методы и диагностические универсальные многоэлементные экстрагенты в почвенно-агрохимических исследованиях. М.: ЦИНАО. 2002. 80 с.

52. Растворова О.Г., Зуев B.C. Федорова H.H. Энергетика почвенной влаги. Методическое пособие. JI.:1990. 37 с.

53. Сапожников П.М. Удельная поверхность и адсорбционные свойства осушенных дерново-подзолистых почв // Доклады ВАСХНИЛ. 1990. №11. С. 33-37.

54. Третинник В.Ю., Чуйко Н.Ф., Вольвач Ф.В., Чесняк Г.Я. Влияние фосфатов на коллоидно-химичесике свойства водных дисперсий почв и кремнезема // Агрохимия и почвоведение. 1989. С. 98-104.

55. Федоров A.A. Оценка содержания в почве элементов минерального питания, доступных растениям//Агрохимия. 2002. №3. с. 15-22.

56. Федорова H.H. Влияние органических веществ на взаимодействие глинистых минералов почв с водяным паром. Автореф. дис. .канд. биол.наук. АНИИ ВАСХНИЛ. Л.: 1991.20 с.

57. Фокин А.Д. Участие различных соединений растительных остатков в формировании и обновлении гумусовых веществ почвы // Проблемы Почвоведения. М., Наука. 1978. С. 60-65.

58. Христенко А.А. Динамика содержания подвижных соединений фосфора в почвах//Агрохимия. 2001. №10. С. 16-22.

59. Шваров А.П. Гистерезис зависимости капиллярно-сорбционного потенциала воды от влажности почвы. Автореф. дисс. канд. биол. наук. МГУ им М.В. Ломоносова. М.:. 1984. 17 с.

60. Янишевский П.Ф. Химическая оценка фосфатного состояния почв // Агрохимия. 1996. №4. С.95-116.

61. Яшин И.М., Раскатов В.А., Шишов JI.JI. Водная миграция химических элементов в почвенном покрове. М.: МСХА. 2003. 316 с.

62. Яшин И.М., Шишов JI.JI, Раскатов В.А. Методология и опыт изучения миграции веществ. М.: МСХА. 2001. 293 с.

63. Anderson J.P.E., Domsch К.Н. Quantities of plant nutrients in the microbial biomass of selected soils // Soil Science. 1980. V. 130. P. 211-216.

64. Blagodatsky S.A., Yevdokimov I.V. Extractability of microbial N as influenced by C:N ratio in the flush after drying or fumigation // Biol. Fertil. Soils. 1998. V.28. №1. P. 5-11.

65. Bray R.H, E.E. DeTurk. The release of potassium from non-replaceable forms in Illinois soils // Soil. Sci. Soc. Amer. Proc. Morgantown, West Virginia, 1939. V.3. P. 101-106.

66. Bolt G.H., Sumner M.E., Kamphorst A. A study of the equilibria between three categories of potassium in illitic soil // Soil Sci. Amer. Proc. 1963. V. 27. №3. P. 294-299.

67. Bottner P. Response of microbial biomass to alternate moist and dry conditions in a soil incubated with 14C- and 15N-labelled plant material // Soil. Biol. Biochem. 1985. V.17. P. 329-337.

68. Buondonno A., Violante A. Titratable acidity of organo-mineral complexes as affected by mode of preparation, drying and stability of aggregates // Canad. Journal of Soil Sci. 1991. V. 71. №3. P. 285-291.

69. Grava J, Spalding G.I., and Caldwell A.C. Effect of Drying Upon the Amounts of Easily Extractable Potassium and Phosphorus in Nicollet Clay Loam // Agronomy Journal. 1961. V.53. №4. P. 219-221.

70. Guohua Xu., Xingxua Zhan, Chunhua Li, Shidan Bao, Xinbao Liu, Tianduo Chu. Assessing methods of available silicon in calcareous soils // Comm. Soil Sci. a. plant analysis. 2001. V. 32. №5-6. P. 787-801.

71. Haby V.A., Sims J.R., Skogley E.O. and Lund R.E. Effect of soil pretreatment on extractable soil potassium // Communic. soil sci. plant anal. 1988.V. 19. №1. P. 91— 106.

72. Harris M.M. and Safford L.O. Effects of Microwave Drying on Exchangeable

73. Cations in Forest Soils // Soil Science. 1994. V. 157. №4. P. 232-237.

74. Haynes R.J., Swift R.S. The effect of pH and Drying on adsorption of phosphate byaluminium-organic matter associations // Journal of Soil Science. 1989. V.40. P.773.781.

75. Joergensen R.G., Brookes P. C. Soil microbial estimation by fumigation-extraction //

76. Mitteilungen Dt. Bodenkundl. Gesellsch. 1991. B. 66. P. 511-514.

77. Khanna P.K., Mishra B. Behavior of manganese in some acid soils in Western

78. Marumoto T., Anderson J.P.E., Domsch K.H. Mineralization of nutrients from soilmicrobial biomass // Soil Biol. Biochem. 1982. V. 14. №5. P. 469-475.

79. McLean E.O. Chemical equilibrations with soil buffer systems as bases for future soiltesting programs // Comm. Soil. Sci. Plant Analys. 1983. V.13. №6. P. 411-433.

80. Niskanen R., Mantylahty V. Determination of soil specific surface area by watervapor adsorption. II. Dependence of soil specific surface area on clay and organiccarbon content //J. Arg. Sci. Finl. 1987. V.59. №2. P. 67-71.

81. Payne G.G. and Rechcigl J.E. Influence of various drying techniques on theextractability of plant nutrients from selected Florida soils // Soil Science. 1989. V.148. № 4. P. 275-283.

82. Pennel K.D., Boyd S.A., Abriola L.M. Surface area of soil organic matter reexamined // Soil Sci. Soc. Am. J. 1995. V. 59. P. 1012-1018.

83. Rich C.I. Mineralogy of soil potassium // The role of potassium in agriculture / Eds. V.I. Kilmer, S.E. Youth and N.S. Brady. Madison: Wis.: American Society of Agronomy. 1968. P. 79-108.

84. Sawhney B.L. Selective sorption and fixation of cations by clay minerals: a review // Clay and Clay Minerals. 1972. V.20. №2. P. 93-100.

85. Schnitzer M., Schulten H.-R., Schuppli P., Angers D.A. Organic matter extraction from soils with water at high pressure and temperatures // Soil.Sci.Soc.Am.J. 1991. V. 55. №1. P. 102-108.

86. Sparling G.P., Milne J.D.G. Effect of soil moisture regime on the microbial contribution to Olsen phosphorus values // New Zealand Journal of Agricultural Research. 1987. V. 30. №1. P. 79-84.