Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР-

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

^ ~ * ■ . -

На правах рукописи

РЫБАКОВ Алексей Леонидович

- УДК 631.452:631.41 : 631.445.2 }

АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ

• Сециальность 06.01.03 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1986

е&ябевр* -Ала

Работа выполнена на кафедре- почвоведения Московской ордена: Ленина и ордена Трудового Красного Знамени - сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. И. Савич.

Официальные оппоненты —доктор биологических наук, профессор Т. А. Соколова, кандидат химических наук,7 доцент А.В.Кузнецов.

•Ведущее предприятие — Институт . почвоведения и фотосинтеза АН СССР, г. Пущино.

Защита диссертации состоится » . ИЮ . 1986 г.

в « часов на заседании Специализированного совета

К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева. . " ■ - -

Адрес: 127550, Москва, И-550, Тимирязевская ул., 49. " Автореферат разослан « Д^! » . . 1986 г.

Ученый секретарь Специализированного совета — ' доцент . Н. А. Гончарова

СЕЩАЯ ХАРАКТЕШСТИКА РАБОТЫ

: Актуальность теш. Повшение интенсификадаи сельскохозяйственного производства сопровождается усилением хишзашш почл. При этом усложняются взаимосвязи в системе почЕа-растегше, более вероятно окрытое отрицательное действие проводимых мелиорапий, хпмнзапии, В период интенсификации производства особую актуальность приобретает в дополнение к•традиционным поиск новых путей оценки плодородия почв и путей его регулирования. Одним из таких путей является энергетическая опенка аспектов.почвообразования, плодородия. Как показал литературный и патентный поиск, в настоящее время вопросы энергетической оценки плодородия разработаны фрагментарно. Актуальность работа определяется малой изученностью вопросов энергетики плодородия, важностью поиска новых путей по-вшения плодородия почв, урожая" сельскохозяйственных, культур»

Цель и задачи исследований. Б работе била поставлена подь -провеоти энергетическую оценку плодородия дерново-подзолистнх почв разной степени окультуренности, В связи:с этим прх исследовании была предло.-сена следующая рабочая гипотеза. Энергетическая оценка плодородия позволяет учесть затраты, которне необходимо осуществить растению душ развития на конкретной почве, и охарактеризовать количество энергии, которое при этих условиях мотет ' быть\акку1.улиров'апо в урожаях, сельскохозяйственных культур. Одасьм из компонентов.энергетической оценки плодородия является оценка -ЛЯ , ~дЦ , К> , дляотдельннхгоризонтоз профиля почв, что позволяет судить об эволюции почв, степени прогрессивности пх развития,- Для опенки непосредственныхзатрат»; которне необходимо .осуществи»', растению.дяя потребления элементов питания на конкретной почве,; следует. учитывать языеиёние свободной энергии при ';

^ ЩЕНТрАЛЬНЫ---

научная библиотека

сольем. А. Тимирязева

пореходе ионов из твердой фазы в раствор. Данный показатель может быть рассчитан исходя из эффективных констант устойчивости комплексов соединений ионов с твердой фазой почвы, эффективных констант ионного обмена, эффективных произведений растворимости о садко!}. С учетом энергии, затраченной растениями для роста и развития на конкретной почве, рассчитывается потенциальное количество энергии, которое монет бить аккумулировало в урожае и урожай сельскохозяйственных культур. По величине энергии, аккумулированной в урожае и поступившей о остатками растений в почву, ыо-' жет быть оценена эффективность севооборота с энергетической точки 8рения.

В задачи исследований .входило:

1) разработка новых, методов анализа подвишшх фракций соединений ионов в полевых условиях (качественного метода химической автографии на основа электролиза); ■

2) разработка новых методов расчета энергетических параметров почв (по данным термографии, методом конкурирующего комплек- . сообразования на основе эффективной -растворимости осадков);

3) изучение агрохимических, :мшческих, физико-химических свойств дерново-подзоллстых нсгчв фазной степени окультуренностя. Энергетическая опенка параметров почгенного плодородия;

4) энергетическая опенка влияния различных сельскохозяйственных культур на плодородие дерйово-подзолистых почв.

Научная новизна работы. В работе дана энергетическая опенка состояния почв.разной степени окультуренности. Предлагается энергетическая опенка по данным терг/.ографпи, по эффективной растворимости осадаов в почве и эффективной константе устойчивости кош- , лексов. Впервые применен метод химической автографии на основе электролиза с расчетом содержания соединений ионов в мг/ЮОг поч-

ш. С использованием этого.метода оценено содержание ионов в почве и в прикорневой зоне растений. Показано, что содержание фосфатов в почвенном растворе определяется в значительной степени растворимостью труднорастворимых фосфатов. В связи с этим при внесении фосфорных удобрений в определенных лимитах дез содер-, знание Фосфатов в почвенном растворе не возрастает.

Но данным минералогического состава показано ухудшение в агрономическом отношении некоторых параметров почв на высоком фоне минерального питания.

Практическая значимость работ::. Полученные результаты необходимы для дальнеГнего развитая вопросов энергетики плодородия почв. Разработанная'методика энергетической опенки почв на основе термографии, рекомендуется к использовании в научных учреждениях в области почвоведения. Апробированная методика-опенки содержания ионов в смешанных образцах почв на основе электролиза рекомендуется, к испытанию в системе агрохимслужбы. Расчеты кало-рийпостк ^итоьассы культур рекомендуется учитывать при энергетической опенке приемов по повышению плодородия, эсрХектишости се-, вооборотов с: энергетической точки: зрения. Термодинамические рас-. .четы растворимости .'осадков 'фрегатов,. образующихся в • почве • ща • •внесении удобрений, рекомендуется учитывать в сельскохозяйственном производстве' при -опенхш фосоатного резкма почв. \

Сбсуэдениз и публикация материалов. Материалы диссертации .эаслушЕвалпсБ 2 раза на научных конференциях ТГССЛ (Москва, 1Е83; 1&34), на Всесоюзном съезде обгдества почвоведов 1585г., в г.Ташкенте . 1 ' ..' ' •.•■-'•.•-.■■ ■ , .

. По материалом диссертации опубликовано 4 работы п находится в печати I статья. . • • . • ч ■ ' .•

- Сб"-ем работы. «Гдссертаннопная работа содвркпт-137- страниц ; .

- 4 - '

машинописного текста, графиков и рисунков,' 28 таблиц.

Список использованной литературы включает наименований,

из них 83 на иностранных языках»

СОДЕЗЕАКШ РАБОТЫ :

Обзор дитепатурн. В главе рассмотрена литература, посвященная энергетике почвообразования и плодородия, термодинамическим аспектам подвижности ионов в почве. Анализ работ позволяет отметить следувсзт положения. Работами В.Р.Волобуева п его школы показана перспективность энергетической оценки почв по данным валового состава. Установлена связь энергетических показателей почв с географическим распространением почв, радиационным балансом, увлажненностью, степенью развитости почв, их минералопггес-ш составом. Убедительно »оказало наличие корреляционных зависимостей мегду рядом термодинамических параметров почви агрономически вааашми свойствами почв. Работами 0.А.Алиева показала связь накопления энергии в органическом веществе почв, условий формирования почв м термохишчеоких параметров отдельных фракций органических вевдств. В ряде работ рассмотрены отдельныэ статьи баланса энергии в естественных ценозах« в звене севооборота и ' под отдельными культурами. Предложена¿энергетическая оценка шш-дородм почв (Савич Б.П., 1960}. Однако, в настоящее время нет работ по энергетической опенке почв различной степени окультурен ности. Вопросы энергетической опенки плодороден рассмотрены толь ко фрагментарно.

Значительное млело работ посвящено энергетической оценке эф фектов частных реашпШ, протекающих в почве, термодинамической оценке устойчивости соединений, тер-одина.^ке ионного обмена, комплексооЗразования, растворения осадков. Однако, не установле-

т. »

на возможность использования этих параметров для опенки плодоро- . дня почв и в -частности для энергетической оценки плодородия. Всо вышеизлоу-енное определило актуальность постановки данного исследования. •

■' ' Объекты исследования. Экспериментальные исследования по изучению активности ионов в дерново-подзолистых почвах и анергети-ческой оценке плодородия проводились в IS82-I985rr. на полях експериментальной базы ТСЗСА "Михайловское" Подольского района . Московской области на опыте "Агрохимические приемы, улучшайте использование света, полевыми культурами", залогенном в 1967 году, в семипольном севообороте с чередованием культур: картофель, ячмень о подсевом .трав,; травы 1-го года пользования, травы 2-го -года пользования, овес¿занятый пар (вико-овсяная смесь) озимая . пшвнииа. Энергетическая оценка плодородия проводилась на вариантах с озимой псенисей и многолетних травах.; При этом использованы следуткие варианты опита: -,

I. Слабоокультуренная почва (контроль). ,, . - -2. Среднеокультуренная почва без удобрений: . . ; ; ; ■ ' . 3. Средпеокультуренная''почва о удобрениями на 3? ФАР. . 4. Среднеокультуренная почва с обычной дозой удобрений (по 45 кг fi/FÁ). •'.

; 5,. ^оро^оокультуреннач почва без удобрений.

■ 6. ¡Горосоокультуреннач почва с;удобрениями _ i»- 3JS ФАР.

-.7.' "ороихокультуренная почва с обычной'дозой удобрений. , Лозы удобреш!Й ка 3?..0АР (сГотоскктеткческп активной радиа-гии) являются -расчетными в зависимости от. культуры и содер:::анпя . питательных элементов в-почве-я дол-тли обеспечивать максимальный . для -данной климатической зоны урогяй (например, для озимой ше-нишз около GO u/ra зерна на хоросоокультуренной почве)Основные

расчетные данные в автореферате приведены для слабоокультуренной почвп (контроля) и для хороиоокуль'гуренно2 о удобрениями па. 3%.' САР. Подготовка почек и уход за посевам! проводились согласно рекомендагетш по выращиванию данных культур в Нечернозегаой зоне, а сроки их проведения определялись погодным! условиями и развитием растений. Повториость в первом варианте опыта трехкратная, в остальных вариантах - шестикратная. Размер делянок соответственно ЗСО л 1160 ь?.

Раочет доз и сроки внесения удобрений описаны в работах (Шатилов И.С., Замараев А.Г., 1967,1970 и др.). --

СЕЭико-химичес1же свойства исследуемых почв .представлены в > таблике I. ■ ■-д V

.. ^ ". Таблица I

Физико-химические свойства исследуемых почв ( II ¿»и )

• (горизонт Апах) , ; " ; ■"•'

Вариант! Гу^уо,.} рИ^О | !%31 • | |&с°б"|мЛкв/

" : " •, ; мг-экв/ ¡основшшщ 100г

I : ! Ч ' >

' 1 ! - !, : ■ -i... - „-у ,™ - 1

роль" 1.5^.04 5,8±0,04 14,4±р,Св:4,0?0,04-:

+ л/ЕК 2,7±0,04 6,6±0,0в 1>.6±0,05 17,0±0,04 0,7±0,0б

на 35 ... .. .' •• •

ФАР ■ - _■ ■-■ / - - ' :

: Методика исследования

.Методика исследования заключалась в изучении свойств почв, и системы почва-растение в полевых опытах п модельных экспериментах и проводилась частично непосредственно в поле (определение активности ионов с помочь» полевого иономера П-102) п в лабораторных условиях. . '

.- 7 -

Валовой состав определялся рентгеп-флотресцентнкм методом на приборе У(Ц\-100, минералогический состав определялся рент-ген-дкфрактометрически на приборе КЗД -4А (ГДР), термографические характеристики почв и определение среялей оптагыяш связи почвенной влаги про водилось, на дериватографе марки ф-1500Д. Расшифровка дэриЕатограьм проводилась по оригкначьиой методике по кривой ДТА и базовой линии, .

$ракпиоштй состав соединений ионов определялся па основе конкуртрутацего хомплексообразованпя с применением селективных внтякек и последующим определением конпентрапий элементов на атомно-абсорбшюнном спектрофотометре.

Фракционный состав соединений ионов в почве на основе электролиза определялся на пр:борсх оригинальной конструкции о последующи.! енализом элюатов одши»; из инструментальных методов. '

Гл:мические анализы почвы выполнялись в 3-4-х кратной пов-торности. При этом гумус.определялся методом Тюрина И.В. п по прогону' сажтшга» углерода.на приборе АН-7560. Валовой азот - по Къольдал-о, водной и солевой суспензии - потенгаометрпчески, подвижные Форш адшиния - по Соколову, фосфора - по Кирсанову, • калия - по'Масловой, гидролитическая кислотность - по Каппепу, . сумма обменных основшгий методом Каппе на-Гплысовяпа.

. Ают:еность ионов определялась непосредственно в полевых ус-яовеях при естественной влажности с помощью системы ио;ю-солок-ТИВ1ШХ электродов, а в лабораторных условиях в штякках при соотнесении почта: раствор = 1:1 и 1:5. Также в этих ютягках определялось обцео содержание элементов Са, Мд,, Ре, "п, Еп, Си на атог.шо-абсорбционном спектрофотометре §лркн-..'Решм-Еимел.-503, К -1Ш^в1Шофотомет1тескп, Г205"шлораяатротеекп,' ¡11;и ЕЬ.-:'-пстенхгиометрпческп. . ' : . .

В поверхностных и подземных водах определяли количество Са, Н3 , Ре, 1.!п, 2п, Си на атомно-абсорбппонном спектрофотометре, а активность ионов Са2+, Ыэ2+, л/а^, К+, УО", /УН!» 5042~ с помощью ионоселоктлвннх электродов марка "Критур" и производства ГомальЬкого и Тбилисского заводов на универсальном кономере ЭВ-74 по калибровочным графикам. Повторность определения трех-кестикратная.

- Натрий п калий определяла пламенно-фотометрическим методом, Р205 - колориметричеоги, и ЕЬ - потенциометрическим методом с помощью хлорсеребрянного и соответственно стеклянного и платинового электродов.

Математическая обработка а вычисление взаимосвязи arpoxnt.ni-ческих и физико-химических свойств почв проводилась на ©Ш "Электроника-ВЕ-100". '

. Экспериментальная часть г /

Бнергетическая опепкл валового состава почв. - Валовой хгоетав отраглет процессы аккумуляции п миграции, протекающие в гпЛве, условия формирования и степень развития почв* В работе показано, что энергетическая трактовка данных валового состава по величи-. нам 10 , &<Г( , ; ^ позволяет получить дополнительную ин- , $ормадпи р ^ормировашш и эволюции почв. Вичислеляе данных показателей для дерново-подзолистых"почв разной степени ок-ультуреи-цости говори о том, что исследуемые почвы характеризуются при расчете по данным валового состава величиной 1С =4731-4753 ккад/ ГСОг! значением -д332 нкад/ЮОг; ^314-315 ккал/100 г; что соответствует литературным данным. Почвы разной степени^ окультуренностп не отличается существенно для Ап по величине ; 10, , - дС; при расчете этих показателей по дашшм: валового

состава. Значимые различия получены по огам показателям для состава обменных катионов ППК, минералогического состава.

. Энергетическая опенка органического вещества почв

Состояние и трансформацию органического вещества почв в ¡значительной степени определяют процессы трансформации и мигра-хши в почвенном профиле минеральной части и органо-мпнералькых соединений, генезис и плодородие почв. Остатки растений, поступающие в почву, являются!"носителями энергии. При их трансформации часть продуктов разлагается нацело я энергия освобождается, другая часть соединений трансформируется в-более слогаше с затратой энергии. Освободивсаяся энергия частично расходуется и на преобразования минеральной части почвы, в первую очередь;идущие, с затратой энергии. Таким образом остатки растений и органичес-- кое вещество почв являются , в системе почва аккуьтулятором энергии, негэнтропии. За счет прявноса этих соединений в систему у происходит прогрессивное развитие почв. В работе приведена энергетическая опенка органического вещества почв по данным содерка-■;■ ния гумуса, , элементному- составу плановых кислот, теплоте сгорания гузлшовых и фульвокислот (табл.2) , составу дренажных вод ио-.следуемой территории. -

,-'•'.■• г'■.".':.---ч ' Таблица 2 .

Энергетическая оценка органического вещества почв

Вариант 1 1 1 >. ¡Энергия гу- ¡Потер:! энергии,} :. ,муса,ккал/га} ; ккад/га | Теплота сгора-. ния, кал/г

Контроль ОКд 1,6.1СР . 43680 ■ 5215

ск3 + //ГК на 3% САР ' 3,1'Кр 125840 10230

- ю - .

Полученные материалы показали значительное накопление энергии аккумулированной в органическом веществе хорошоокультуренной почвы по сразнению со слабоокультуренной.

В окультуренной почве выае и теплота сгорания гумуса за счет большей доли гуминовых кислот по сравнению с фульвокасло-тсми. При большей аккумуляции энергии для хоросоокультуренных почв отмечается и болк:аг: ее миграция, причем доля мигрирующих соединений по отношению к валовому содер-т-анию в сравниваемых вариантах близка.' '

Энергетическая опенка отдельных компонентов.плодородия по данным термографии

В работе для оценю: отдельных компонентов плодородия'приме- • пен в сочетании с другими методами и метод термографии. По дери-ватограммам рассчитывали интегральную теплоту связи воды' с почвой, теплотворную способность почеы и ее органической части, В таблице 3 приведена в'качестве иллюстрации часть'полученных дан-шх для пахотного горизонта.

Таблица 3

Энергетическая оценка плодородия по данным термографии

Вариант ] 2, ккал I моль ! Г- кал г.почвы кат г воды

Контроль ОКд- 9,25 26 1243

(К3 + /ФК' 8,94 17 805

на 3^ САР

Согласно проведенным исследоваг.пям теплота сгорания гумуса, полученпая методом дериватограции (13,6-6,4 ккал/г), имеет порядок величин аналогичный значениям, приведенным в литературе с использованием метода калориметрии. Теплотворная способность почвы, установленная методом дериватограчни (217-ПС кал/г),

несколько вше, "чем величина, приведенная в литературе (60 кал/г) для илистой фрагазка - по данным Нскандерова К .С . (1374), полученная методом калориметрии.

Энергия активации реакции дегидратации Е так-г.е близка к литературным данным и ькпе для слабсслгультурешю;: почвы. При слабой окультуренности почв по получении.: дашшм шгз удельная величина энтальпии связывания води почвой ( ^ гад/г почвы), удельная энтальпия испарения вод:.! ( ^ г-з-'/г води), что говорит о большей прочности связи води в этой почве по сравнению с ::оро-шоокультуронной, Лоааке параметры коррелируют с балкам содержанием гумуса в окультуренной почве а соответствуют установпгпему-ся мнении-о.большей доступности влаги с росток: окультуренности почв.

Энергетическая опенка плодородия по данным минералогического состава

3 работе проведено определение канералогдческого состава почв в исследуемых вариантах опыта и дана его энергетическая оценка. По полученным данным изученные дерново-подзолистые почвы, развитие, на покровных суглинках, кмеэт однотипную ассоциация ; глинистых сопутствутсЬ: минералов: преобладают гпдрослгодп и сге-соннослоЯкке образования с различным соотношением окислов а кристалла::; содержание каолинита и хлор::та невелико. Проппльпое распределение .глинистого материала довольно тппнчпо для дерного-подзолнстн;: почв и относится к ояазкакьксиу талу, дая слабсс^-ль-турешюй псченСравнение почв .разной степени окультуренисстп . показывает, что в прогсссе окультуривания возрастает содорг-г-же илистой <1та1ат.г. в гелем и узсдкчктоется: сэг.ергаш!о сквктктогнг ксгнононтов. При высоком ,(]оне мпперального 'пкталгл- (обпчпне дозы

удобрений) в илистом веществе увеличивается количество высокодао-персного кварца и каолинита, что резко ухудвает свойства как ила, так и почв в целом. При высоком фоне минерального питания снижается количество смектитового компонента, что неблагоприятно отражается на физических свойствах почв: снижается емкость обмена, уменьшается агрегированность и т.д.

Дашше минералогического состава илистой фракции изучаешх почв получены совместно с Н.П.Чшшковой и приведены в таблице 4.

Таблииа 4

Соотношение основных компонентов минеральных фаз в илистой фракции исследуемых почв

{Горизонт и ! . Основные 3азы в % ' ~

•ия^Амиа чог»ег_!_:_:_

Почва

|тиябсбразца~{ ?А° } ' 10Ав Г 18А"" . I • ¡каолинит, ¡гадрослгоды { смектит

| .{ хлорит | {

Апах" 0-22 25. 58 17 •

Слабоокульту- 30-40 21 52 27

ренная (контроль) В 60-70 ■ 18 53, ; 29

ВС С0-100 16 51 -зз

Хорошоокульту-ренная + РК Апах АоВ' 0-22. 30-40 28 15 56 57 16 - 28

на 3% ФАР. В 60-70 .. . 18 47 • 35;....

ВС 90-100 . 25 ; ; 44 31

Среднеогсуль- ■* Апах 0-22 / ' 32 57- II

туре:шая ^Апах 0-22 '37 56 7 . . '

вариант с внесением • ^45145^45. вариант с внесением т/РК на 32 САР.

Энергетическая опенка подвижных форм соединешШ ионов в исследуемых почвах

По дашшм химического состава почв и по содержанию гумуса можно рассчитать теплотворную способность (величины Ц, , -ь VI , С\ I £ ) почв и отдельных компонентов и фаз. Данные параметры характеризуют степень развития почвы, проявление проиоссов аккумуляции и выноса. Используя их, по коррелятив!шм зависимостям можно оценить и отдельные свойства почв, вагзшо в агрономическом отношении. Непосредственный ответ об уровне плодородия о энергетической точки зрения дает вычисление прочности связи о твердой фазой воды, элементов питания. По Савичу В.И. (1900), чем меньше энергии необходимо затратить растению на потребление элементов питания из почвы, на обеспечение себя всеми факторами жизни, связанными с почвой, тем больше солнечной энергии, потребленной растениями, будет аккумулировано в урожае, выше уровень плодородия почвы. Оценка прочности связи элементов питания с ^ твердой фазой почеы мокот быть произведена по величине эффективного произведения растворимости осадков соединений, присутствуи-■ * вдах в почве,'по эффективной константе устойчивости комплексных соединений ионов о твердой фазой почв, по эффективным конотантам ионного обмена для процессов перехода ионов из твердой фазы в раствор (К). ■ ■

.. - или для 25° •= -1,364 К

ккал/з>ион. Чем более прочно связан ион с твердой фазой, тем он , менее доступен растениям (не учитывая взаимовлияние и соотношение ионоз, состав раствора и ряд других параметров, определяющих пропессы биологичеокого поглощения).

В работе прочность связи ионов с твердой фазой опенена по растворимости соединений,.составу почвенного раствора различной

степени разведения, методом-¡конкурирующего комкексообразованшс; методом химэтеской.автографии на основе электролиза. В таблице;5, приведет,! з качестве, примера данные состава водной вытяг-ки' для/ ¡двух вариантов псследуемпх почв. ';"-'■■'.'"

, - ...-...:,..- Таблица 5

Дапкке анализа водной штяггкя пселедуетлых дерново-подзолистых почв (,.'п:р = 1:2; ; в 30. суток), кг/л

Вариант : | I са } "•9 1 Гя 1 Си | :2п| [• к- | | Ре |

Контроль : 4,1 2,8 3,5 0,1 0,2 1,9 1.2 4,8

СК3 + д'1К на 3% ОАР 12,7 6,2 • 0,1 0,03 0.1 1,1- 0,3 • \ 6,2

, Как видно из представленных-материалов, хоросоокультуренная почва^по сравнению с контролем характеризуется более впсоким V ■ значением.рН среды,,большим содержанием Са, Нд .-.меньшим содержанием в растворе Ре^ ?<!п.М1о полученным данным в хороеоокультурен-' ной почве выше содеркание'- подвижных форд, фосфора,;калия, 'азота, кенше подвижного алгалпп!я (табл.1). По,проведенным ранее исследованиям в этих почеэз: по'сравнению с контролем лучше, острукту-, ренность, водный и воздушный режны (Эакараев А.Г., 1975,1577).■>," Определение. активности ионов с применением ионоселективных, электродов показало•достаточную обеспеченность исследуемых почв Са, , /У02,.К, л/Н4 (табл.6).

, . Найденная кониеитрагсш ионов в почвенном растворе определяется эффективными произведениями растворимости осад1;ов, константами устойчивости комплексов, константами обмена. Так, например, найденная ко1щентрацияРе3+ определяется оффективпкм средневзвешенным произведением растворимости его осадков с.величиной''.--"•■ Это соотгетствует прочности свлзи 21 ккал/г-ион.

Таблипа 6

Активность ионов в исследуемых дерново-подзолистых почвах

(моль/л)

Вариант . ^ 1 !- ! Са2+ 1 ! К+

Контроль ;лпо-гачеипш травы озимая п^енипа СО-5 1^4.Ю-4 1,1-КГ3 З^Ю"1 «ю-5 <10~5 б.З.Ю-3 4,7-Ю-3 <ю~5 <1СГ5

ац + /т на САР многолетние травы озимая пшеница З^'КГ^б.б'КГ5 6,6'&Г5 7,3-Ю-4 2,5-Ю-5 2,2-Ю-5 3,6'КГ3 2,6-Ю"3 3,4-Ю-4 4,7»Ю-5

Близкий порядок величин получается и для микроэлементов. Дакнув величину следует учитывать в расчетах, если количество указанных "ионов потребляемых растениями превышает их содержание в почвен-'йом растворе» Для исследуемых почв потребность растений в Ре, 'Мп* Сйу Л/; , Са, Мд может быть обеспечена эффективной растворимостью их осадков, их содержанием в почвенном растворе. В данном случае затраты энергии растениями на их потребление возможна только для пропесса потребления из раствора в корневую систему. Если скорость растворения осадков в почве ниже скорости потребления элементов из них растениями, то затраты энергии на потребление их из твердой фазы почвы будут необходимы. (Вопрос кинетики процессов в работе не рассматривается).

В случае, когда содерг-ания элементов в почвенном растворе не хватает для получения планируемого урожая, растениям необходимо затратить энергию на потребление их из твердой фазы почвы (а связи с эффектом растворения, конкурирующего комшгексообразо-вшшя, ионного обмена). В твердой фазе тлеются ионы связанные с ней с различной прочностью связи. Для решения вопроса об энергетических затратах На потребление элементов растениями в этом

случае необходимо знать фракционный состав соединений ионов в . почве по прочности их связи с твердой Зазой. В работе провсдоно определение фракционного состава соединений попов в почве па основе конкурирующего иомплексообразования. Показано, что потребность растений в элементах питания моют.бить обеспечена при . урокае зерновых до 30п/га затратами энергии па их вытеснение > . пз твердой фазы до 5ккал/г-пон.

. Больсеесодергяние элементов в почвенном растворе хорошо-окультуренных почв обусловливает и болклую их ^гравию за пределы почвенного прочтя, (для Са, 1.1 д, К) (табл.7}, что соответствует и больпеЛ потере.энергии.'.- •.. .

> Таблица 7

1.!пгратая соединений катионов в почве по данным анализа - . грунтовых вод, кг/л

Вариант.; I ! ' ! Ре 1 •!" ! МП ' I 1 " ! ! Са ! ! ! ы9 I " ■ ! ■ К' »

Контроль . ; осень 1984 1,8, 0,1 13,5 6,2 1,9 ■

весна 1904 ■ .2,5 0,01. 4,5 3,3 з.з: •

0К~ + а/РК - Г на 3% САР '-.

■■..•■■'■■ осень 1983 ■ 0,5 ' 0,15 31,5 14,5 " 2,2.

весна-1904 1.5 0,1 ' 26,4 15,6 4,8-"

.: ■ Показано, что повыкепие концентрации элементов в.почвешюм ■ растворе соответствует.укенылегага их прочности связи с ППК,'. но соответствует увеличению доступности только в определеншл: лкми-тах концентраций. Так, например, по , полученным даышм псхдаекное . содержание калия, вызвало в - отдельных гакроучастках' днспоргпрова-,ние почв,' увеличение среди уменьшило , лгадвпгаостьСи,■■Вп .-.-: (табл.5). В работе проведай ' спали з почв и рзстеш:й на микро- . ■ участках с хо^юшим и плохим развитием растении.: Показано,' что в ряда случаев развитие зеленей- массы в .большей степени зависело -,',

от соотношения катионов, а не от их концентрации. В таблице 8 в качестве примера приведены данные одного из исследований.

Таблица 8

Связь состояния посевов и содерулния катионов ■_' в почвенном растворе ( = 13)

Урожай сена. 1 Са Г Ц { Ре"}.Цп {' К |(С<нМ );(Ре:Цп)

Га ) мг/л 'в почве , | л^чдв

^0,0^-^3,59' .0,20 0,2? .7,65 63 41,0

то т + л «•+•*.+■ * + ■ +• + * *

.14,1 - 0,7 - -0<46 -0,01 0,01 -0,41

о

+ . +19,И 7,46 +0,17 +0,14 5,13 86 72, 29,6-1,5 г 0>07 ?о>3а "0,01 "0,01 0,26 •.

В работе показано, чтов почве имеются положительные и отрицательные <1ормы соединений ионов, очевидно, и те и другие в определенных условиях могут поступать в растения,' однако, влияние заряда соединений'на их усвояемость культурами до настоящего времени не выяснено. ,,

В таблицах 9 и 10 приведены параметры, характеризующие долю соединений с определенным знаком заряда в почве для'двух из . исследуемых вариантов.

Таблица 9

Оценка состояния соединений ионов в почве методом химической автографии на основе электролиза (мгДООг, озимая паенина, ' осень)

Вариант { Са { п5 | Р. | гл | 1.1п | ■ к ! Са + Мд

Контроль МЬ ? '.'■" МЬ ~ " 0,78 1,74 0,18 0,33 0,63 0,36 ; 0Д1 0,08 0,09 0;06 0,85 1,58 2,65

ОКз+л/РК мь + на 2$ САР МЬ ~ : 0,90 4,59 0,12 2,10 0,87' 0,39 0,13 0,06. 0,09 0,18 1,60' 1,50 5,03 ,

Табпгца 10

Соотношение положительно и отрицательно зарлг.ешшх Форм соединений конов в исследуешх почвах (многолетние травы, -.'.осень)

Вариант 1 Са1,*т{ 11ак1г 1 ! СаЬ1*" | | Ре^ ?еЬи" { 1п Ь | 1.?п и и~ 1 ШаП 1 ки4!-

Контроль ск3 + л/и; на ФАР 0,70 0,22 ' 0,06 0,00 0,85 I 0,60 I 0.,20 I 1,00

. Согласно подученным данным, в исследуешх почвах значительна доля отрицательно заряженных форм соединений катионов,-оче-видно,'комплексов с органическими и неорганпческиш лягандада,: •-•. аквокомплексов, гидроксикомплексов, ассовиатов. Б хоровдюкульту-ренных вариантам доля отршательно заря;:;ешшх форм соединений ионов была в основном высе, -чем в слабоокультурешшх, что соответствует уоло:шению почвегшой системы при окультуривании, образованию кокагкексных соединений, накоплению свободной энергии и" негэнтропид.

Энергетическая.опенка.влияния сельскохозяйственных • . культур на плодородие

В работе изучено ■ содерг-агше подвижных <1орл соединений элементов в почве ив прикорневой зоне растений. Установлено, что ■ прикорневая зона отличается по активности и коттентршгси подвпг.-ннх форм соединений конов от всей массы почт. гасе в приггорне- ■ вой зоне повышена доля отрицательно ааргедашпсс '$орм соедг.неиий ■: ионов в связи с образованием комплексных соединений корневы::. выделений и поливалентных металлов¿что соответствует увеличению негонтропии почвы,¡переходуэнергии из растений в.прикорневую • : зону.' Значительное поступление онерпп! в почту происходит с кор-

нешм и надземным опалом. По лан1шм оценки урог-ги'Шости, структуры фитомассы оценена каиорь'люсть урожая сельскохозяйственных культур (Замараев А.Г., 1570,1671). Часть полученных ли них приведена в таблице II.

Таблзша II

Калорийность урокая полевых культур (тыс. ккал/га)

; Вариант | Отчукдается с поля | Поступает в почву

Контроль пшеница 1С632 6804

' травы I г. 24144 20760

на ФАР пшеница . 55237 . 22624

травы I г. 43344 29944

Как видно из представленных дшшых, на слабоокультуренной почве многолетние травы больше отчу;здаит анергии с поля з: больше оставляют в почве, по сравнению с озимой пкеникей. На хорошв-окультуренной. почве многолетние травы п. озимая ппеница в одинаковой мера отчуждают энергию с поля и оставляют ее в почЕе. Таким образом; .расчет калорийности фитомассы позволяет оцешть влияние растительности.на;плодородие/так как больсее поступление, анергии в почву с опадом соответствует ухелзгчешго негэнтро-пии почвы, образованию комплексных соединений, поступлению анергии в последующие'поколения растений. Осанка калорийнооти урожая отдельных культур на конкретных почвах позволяет выбрать оптимальный с энергетической точки зрения состав культур, севооборот. Сопоставление калорийности урояая с радиационным балансом поверхности п о возможной аккумуляцией энергии в урог-ае позволяет оценить эффективность использования солнечной энергии в данном севообороте, необходимость выращивания промежуточных культур, резервы.подъема уро.тайности. - .

в и в о д и

■ V' I. Изучешше лврноБО~подзолз1Стие почи1 при энергетической . , опенке по дантм валового .состава характеризуются • величинами ' . 1С«.4700, И 350; - ЛС) к-314 ккал/100г почви; ыасукуляшш ■ энергии в органическом:веществе почт достигает Уг10-10^. • ккал/га; теплота сгорашш органических соединений почв состав- • ляет 5-10 кксл/г. ' .

.:« - -2. Изученные пахотные горизонты хоро^оокультуренной. почвы: по срагнешга с.контролем не отличаются существенно по величинам И • -аЧ ♦ -лС( для. минеральной части почв, но характеризуются ! больсим накоплением энергии в органическом веществе, большей по .:. те рей. энерпнг с миграцией' органического вещества, болыпей тепло той сгорания подвитых йракотЗ гут^са."

. • ;;. .3. Энергетическая оценка отдельных компонентов плодородия ■ . почв по данным.термограхил:*. показала возможность использования, этого метода хля оценки теплотворной способности почв и гумуса, энергии активации дегидратапш, удельной энтальпия ■ связывания .¿ода почвой и. пспарегая водгк Изученные хоросоокультурешше•>':

• почвы, по сравнению со слабоокудьтуреннымп характеризовались : >' меньше;: прочность» связи води о твердой, с[азой.

. '. 4. Установлено, .что в процессе окультуривания исследуемыхл

• почв возрастает, содерглшю илистой^. $ракплп и - увеличивается ■ со-' дергание смектитовых > кошонентов, На.- высоком §оие минерального' питания в илистой фракции;увеличивается количество высокоддс-'Т персного-кварца и каолинита, что ухудаает свойства, почв.

ь 5. Проведенные исследования^ показали ¿олькуп конпсптрсшш . ■ элементов штате-в почве1шцх'-растворах>.'.-хоровоо1^аьтуре1ппк .почв, .что соответствует больпой■величине элективного пропэго-

дания растворимости осадков этих соединений и меншей константе устойчивости их комплексов с твердой фазой, меньскм затратам энергии, необходимой для перехода их из твердой фазы в раствор. Показана возможность расчета концентрации соединений (в чаотноо-ти, Ре, Мп) в растворе по эффективным произведениям растворимости их осадков. При применении обычных доз удобрений отмечается незначительное изменение эффективной растворимости фосфатов.

6. Установлено наличие в почве положительно и отрицательно заряженных форм соединений К, Са, Из , Ре, Мп, Си, Нп. Хороао-окуЛьтуренные почвы в основном отличаются большей долей отрицательно заряженных форм соединений стих катионов по сравнению со слабоокультуренной почвой. Это соответствует усложнению почвенной системы при окультуривании, образованию комплексных соединений1, накоплению информации и негэнтрошш,

7. Расчет калорийности урожая полевых культур показал, что на слабоокультуренной почве многолетние травы бол иле отчухудаот энергии с поля и больше оставляют в почве по сравнению с озимой шенипей! на. хорошоокультуренной почве многолетние травы и озимая пшешша в одинаковой мере отчуждают энергию о поля и оставляют ее в почве.

8. Предлагается оценивать сэнергетической точки зрения отдельные компоненты плодородия почв, эффективность выращивания отдельных сельскохозяйственных культур.

-ЛИ-Список опубликованных работ .

1. Савич В.И., Самозвон 11.1,!., Рыбаков А.Л. Определение миграции-ионов в подзолистых почвах с помощью лизиметрических хромато-гргфгческих колонок на основе конкурирующего комплексообразо-ванпя.- В сб.: Генезис и плодородие почв. I.!., ТСХА, 1981, ■ с.9-14.

2. Рыбаков А.Л., Фролов В.П. Определение средней энтальпии свя-

. зи почЕегшой влаги в дерново-подзолистых-почвах разной степени окультуренности.- В сб. : Труды научной кон$ере1шии молодых ученых 5-7 июня 1984Г.ТСХА, МС" СССР, 1905, с.227-232. Деп. в ШЗПЭПСХ У 200/37-85 деп.

3. Рыбаков А.Л., Замараев А.Г.. Подвижность элементов питания в

.: дертво-подзолистых почвах разной. степени окультуренности. - ■■■В сб.: Современные процессы почвообразования и их регулпро-

■ .-. вание'в условиях интенсивных систем земледелия. Ы., ТСУА,

-. 1985, ■ с. 12-15.

4. Савич В.И., Рыбаков А;Л., Замараев А.Г. Енергетпческая оиен-; ка плодородия почвы,- Тезисы-докл; УП дел.съезда Всес;об-ва почвоведов. Таакепт, 1985, т.2, с.54. - '

Л . 89369' : 14.04.86 г. . Объем 1'/г п. л. Заказ ¡1170. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно