Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

БИОГЕОХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В СВЯЗИ С ДЛИТЕЛЬНЫМ ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИЙ ПОД ЧАЙ НА KPАCHОЗEMAX

ВАК РФ 04.00.03, Биогеохимия

Автореферат диссертации по теме "БИОГЕОХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В СВЯЗИ С ДЛИТЕЛЬНЫМ ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИЙ ПОД ЧАЙ НА KPАCHОЗEMAX"

МОСКОВСКИЙ ОРДША ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯЕРККОЙ РЕВОЛХЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЭШ ТОСШРСТВЕНШЙ УНИВЕРСИТЕТ швяи Ы.В ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах руяопнс* ЫЕТРЕВЕЖИ Алла Зурабовна

УДК 631.416:631.82

БИОГВОХИМИЯ ЭЯЕМЖГОВ В СВЯЗИ С ДНИТЕНЙЫМ ОТМЩЕНИИ* УДОБРЕНИЙ ПОД ЧАЙ НА ШСВОЗНШ

04.00.03 - йкогеомшия

Агтерефера*

диссвртацжм на ссщскааже ученое степени кандидата йжодогкческах наук

Москва - 1985

- ^г ^и^сссс^

Работа выполнена на кафедре химкк почв факультета почвоведе-вкя Московского государственного университета имеин М,В Ломоносова,

Научные руководитель - кандидат биологических нале, доцент

(Юухов А.и.

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

Ведущее учреждение - Почвенный институт им. В. В,Докучаева.

в аудитории М-2 на заседании Специализированного Совета по бно-геохимии Д053.05.57 оря Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова.

Адрес: П98Э9, Москва, Ленгорн, МГУ, факультет почвоведения. УченыС

профессор Добровольский В.В.; кандидат биологических наук, доцент

Богатыре» Я .Г

Защита состоится

1985 Г. в 15 час.00 мин.

■-—*•-> в библиотеке факультета

г

р-У^г яяэзлаа ^ 1985

г.

Ученый секретарь __->али8ированного совета

Актуальность исслероршдо, Ведущим фактором получения высоких урожаев чая и удовлетворения населения готовой продукцией является использование минеральных удобрений. Почвевно-клямаги-ческие условия гоны влажных субтропиков в высокая отзывчивость субтропических культур на внесение питательных веществ (урожай чайного листа увеличивается в 5-6 раз и более) обусловливают ежегодное щн пиенение повышенных доз крошащего®* туков. Установлено, что приме йение физиологически кислых аимиачдах удобрений вызывает сильное подкис ленив красноземов (до рН 3 и ниже)* увеличение вдвое гидролитической и обменной кислотности. Изменения, которые происходят в красноземной почве, приводят к изменевив химического состава не только почв, но в чайного листа, к нарушению экологического равновесия в ландшафтах в целом, масштаШ и последствия которого необходимо изучать, предсказывать и корректировать в нужном направлений.

Влияние подкисдения красноземов на подвижность элементов i ях поступление ж соотношение в чайном растении недостаточно изучено. В частности, не выяснена количественная сторона преобразований краснозема noz, влиянием удобрений., как глубоко затронут почвенный профиль этюед преобразованиями, каковы процессы трансформации химических соединении, какова судьба элементов в ландшафтах, Не изучено также количественное влияние чайного растения яа состав и свойства краснозема.

Цель и задачи исследования. Цель» настоящего исследования было изучить баогеохимическое поведение рака элементов (макро- и микро-) в системе порода-кора рыветривашш-вочва-чайное растение; количественно оценить масштаб, глубину изменений состава и свойств красноземов за последние 50-90 лет в связн о систематическим применением миверахьвых удобрений под чай.

/-// 7S

В задача исследования входило: I) Количественно оценить миграцию элементов пря выветривании пород я почвообразовании. 2) Шявить влияние длительного и систематического применевхя минеральных удобрений я монокультуры чая на изменение состояния ряда химических элементов в красноземах. 3) Изучить особенности биологического круговорота элементов при длительном выращивании чая я его влияние на состав, свойства красноземов. 4) Исследовать поступление ж соотношение влементов в чайном листе в зависимости от применения минеральных удобрений.

Научная новизна т Блерше для условий Западной Грузии сделана попытка изучить биогеохимическое поведение элементов не только в почвах, но и в корах выветривания под влиянием длительного я систематического применения удобрений. Вшснено, что подкисление почв затрагивает не только верхние горизонта, во и толпу слоем в 2-2,5 м. Количественно оценено поведение элементов в деятельной зоне почвообразования. Изучена трансформация и миграция железа, марганца, некоторых других микроэлементов в ландшафтах при длительном применении миверальшх удобрений.

практическая п^трюсть работы. Полученные результаты дает возможность предсказать изменения состава и свойств крлсновемов чаВгах плантаций при интенсивном применении удобрений, оптимально прогнозировать применение макро- и микроудобрений под чаЯ на красноземах (на вновь осваиваемых плантациях, а такие при рекультивации старых)»

Дцробаяня работы. Основные положения диссертанта былидоло-хеш на конференции молодых ученых в Почвенном институте им.В.В.Докучаева (Москва, 1980), конференциях молодых ученых на факультете почвоведения ИГУ {Москва, 1980, 1083). на заседаниях хафедры химия почв факультета почвоведения МГУ (Москва* 1984, 1985). . публикации, По теме диссертации опубликовало 3 статья.

Объем дис^рртчш». Диссертация изложена яа страницах машинописного текста, состоят из введения, 5 глав, выводов, заключения и приложения, включает таблиц, рисунков. Список литератур" представлен наименованиями, на которых: отечественных и иностранках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

OfaeKfH и м^уоды иоу^дувфтя. Полеэо» материал (пробы пород, коо выветривания, почв, растений, речных в почвевно-грунто-шх вод) был. собран почвенно-химическим отрядом микроэлементной экспедиции кафедры химии почв в 1976-1983 гг. при непосредственно»» участии автора. Отбор материала проводился в соответствии с "Методическими рекомендациями по проведению полевых и лабораторных исследований" , 1981. Для количественной оценки поведения химических «леиевтов при выветривании пород, формировании кор выветривают и почв (Sum взяты сопряженные пробы свехвх почэообразухщих пород (авгит-лабрадоровый порфирит), корочек на них (различной степени выветривания), кор шветривавия.в почв, С цеиьв изучения влиядая длительного и систематического применения минеральных удобрений я монокультура чая на изменение состояния химических аяеневтов в красноземах анализировались пробы почв длительных полешх опытов БШО ЧлСК (Махарадзе-Анасеули) и его филиала в Чаквн, заложенных на типичных красноземах (участок 68, 14, 21), Опытный участок 68' заложен весной 1937 года в Авасеуля. Почва - типичный краснозем на зебровидной глине. Посев чая проведен семенами китайского чая популяции "Евшнь* Авасеулъской репродукции. В 1950 году на участке 68 был заложен стационарный ошт с цеиьп изучения влияния на урожай чайного куста минеральных удобрений в разных сочетаниях. Фосфор вносился вэ расчета 400 кг/га Pg05 один раз в два года, кажий - ив расчета 200 кг/га KgO - техе I pas в Два года. Аэот

вносился в виде сульфата аммония в дозах от 100 до 700 кг/га. Оотгше участях 14 я 21 заложены на территории Чаквинекого совхоза. Почва - типжчвыа краснозем на коре выветривания эффузивов. >

Чайные плантации очень старые - 1902 Года, На 14 участке опыт ведется с 1928 года, на участке 21-е 1932 года. Фосфор вносился в виде суперфосфата) калий - в виде 4о^-сй калийной соли, азот в виде сульфата аммония, на участке 21 с 1968 года вносят аммиачную селитру. Почв» опытных участков характеризуются кислой реакцией, богаты, гумусом.

Почвенные пробы взяты бурой через каждые 20 см до глубины 2 метров, а от 2 и до 6 метров - через каждые 50 см. Всего било заложено 5 разрезов глубиной 6 метров (участок €8) и 9 разрезов глубиной 2 метра (участок 14 н 21).

Дня определения роли чайного растения в биологическом круговороте химических элементов (включая отчуждение о ежегодным урожаем. накопление в биомассе) были отобрана для анализов флеши, стагие листья, ветки чайного растения, а также подстилка. Сопряженно с почвеняо-растительшмв образцами были взяты проба природных вед (местные реки,-родники, почвенно-грунтовне вода, верховодка на участке 68, родники вблизи участков 14 и 21).

Для определения валового содержания макро- н микроэлементов в изучаемых объектах (породы, корн выветривания, растения, веды) использованы атомно-абсорбцконный, емиссионный спектральный я рентген-флуоресцентный методы анализа, обладащие большой точность®, высокой чувствительность!}, селективность!) и производительностью определений.

В почвах были определены: подвижные Форш соединений марганца, меди, цинка в ацетатно-аммонийном буфере с рН 4,8; обменный марганец в ацетатно-ашонийиом йзфера с рН 7; легковосстанавли-ваешй марганец в ацетатно-аммонийком буфере с рН 7; оксиды ыар-

гонца в вытяжке 0*01 Ы ЕЦО3 с гшдроксиламином солянокислым; ие-сжшсатное железо по Мера-Дхексопу; аморфное железо по Тамму.

Для определения водорастворишх Форш соединений железа, марганца*- меди, цинка водяуь вытяжку фильтровали через мембранные фклтты, а затем концентрировалн путем упаривания до сухого остатка, которые растворяла в 0*5 н;ЭД0д. Макро- к юскроелеионтн з растениях определяли атомво-абсорбцяоншш методом после мгаера-дизацви анализируемого материала методой сухого озоления.

Природные вода перед определением микроэлементов концентрировали путем уса.р«ьаякя с последующим растворением остатка в" 0,5 н.ЮЮ3; содержание мкромементов в полученных растворах определял* на спектрсфотожтре Перкжв-Эльшр~40Э. Д*я определения низких концентраций ажемеетов применяли дейтервешй корректор фона. Содержание гдоса в почве определяли методом И.В.Тюрина. рН водной и солевоЗ штяхек жв почв - потеядиоиатрическк со стеклянным вяектродом.

Для оценки биологического круговорота химических элементов на чайшх плантациях использованы данные по биомассе чайного растение ЦД.БзиаШ (1973) ж В .Д.Симонова (1971).

Для изучения поведения элементов при шветриваниж, образовании кор шветривавия и псчвообразмяии использован комбинированный метод расчета - изоволгметркческнй со свидетелем, т.к. он позволяет более или швее объективно судить о реальной швосе или вриввоса элемента в процессе изменения породы (Лисицына, 1973; фбнзов, 1973)• В качестве элемента-свидетеля выбран цирконий -как наиболее устойчива! элемент в условиях влажных субтропиков. Хжя макро- и мккроалементов рассчитаны коэффициенты устойчивости (Ку) (по терминологии Лисицыной Д97^), равные отнотенжю содержания адемеато» ъ единице объема наиболее шветрело* порода > • (мг/см®) к его содержанию в таком же объеме исходной породы.

/т

Для расчета суммарного шноса элементов в деятельной зоне потво-' образования при выветривании порода определены абсолютный « относительный балансы химических элементов относительно породы.

Для достоверной интерпретации полученных данных была изучена вариабельность содержания железа, марганца, меди, цинка в почвах опытного участка 68, Для этого на наиболее контрастных вариантах {контроль х вариант РК +■ ^500^ было взято по 10-15 индивидуальных почвенных и растительных проб и определены вариационные показателя содержания алементов, Математическая обработка проводилась по В.А.Доспехову (1979) я Г.Н.ЭаЙцеву (1973).

ОШУЩНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Вчгтеупугя мяттр- у ми кгю эдеме итов в Кот^у унретот^н^ ^ красноземах. Общие закономерное тн поведения химических алвментов при шветрлваяяи пород я превращениях кор выветривания в тропических и субтропических условиях хорошо изучены геологами и геохимиками. Обширные исследования поведения элементов при выветривании пород в Западной Грузия были проведены Н.А.Лисипыкой (1962, 1968» 1973). Автором впервые для условий субтропиков Грузии ¿их применен изоволгметрический метод расчетов для изучения поведения макро- и микроэлементов при хыветривакии, что позволило получить количественнае характеристики выноса втих элементов на разных этапах шветрнва)ия пород и формирования кор гыветривадия.

Поведение химических алиментов в деятельней зоне почвообразования. Для верхних горизонтов профиля кор шветривания, формирование которых сопровождается перераспределением вещества, иэо-волшетрический метод неприменим, т.к. хорошо известно, что в ходе почвообразования возможно изжвение мощности и, следовательно, объема отдельных горизонтов. В эткх случаях сопоставление концентраций компонентов не может дать количес тзенной характеристики

жх родшпности и приходится вводить поправку на первоначальную мощность данного горизонта. Комбинирование иаоволше греческого метода и метода свидетеля позволяет',хотя также приближенно, судить о поведении алемеятов в почвенной профиле относительно коры выветривания или исходной породы,

Исследования авгит-лабрадорового аорфирита в Западной Грузии подтвердила общую закономерность концентрирование «лементов семейства желева в основных породах (табл.1). Богатство освовшх пород микроэлементами семейства железа объясняется вхоадеижем ряда переходных элементов 4-го периода в результате изоморфшк замещений в состав породообразующих в акцессорных минералов основных пород-(авгит, слюды, амфиболы). Среди макроэлементов наиболее шсско содержание железа (6,5?) й кальция (5,?5Е). Содержанке калия и натрия почти одинаково - 2,1% К и 2,(?Й Na, содержание титана равно 0,6?. Данные по содержанию мазфо элементов в породе близка к результатам Н.А.Лисшданой (1973)*

Шветривание в субтропических районах идет с большой скоростью и сопровождается интенсивной миграцией многих элементов; мигрируют в малоподвижные в других зонах элементы. Сравнивая содержание микроэлементов в исходной породе и в продуктах выветри-ванкя, можно видеть убывание относительных содержаний натрия, калия, кальция, марганца и соответственно рост содержаний железа, титана, цинка, меди, хрома по мере увеличения степени измененно-сти пород (табдЛ). О реальном поведении элементов в профиле ш-ветриваная лучше судить по абсолютным содержаниям элементов (мг/сыР) (табл.1).

По сравнению с исходной породой содержание элементов семейства железа, а также бора уменьшилось в 4-10 раз, кальция - в 70 раз, натрия - 3D раз, калия - 10 раз. В относительных величинах наблюдается увеличение содержания железа, титана, цинка.

«еда, хрома и яр, элементов (табл,1). Коэффициеята уотойчивоста (по Н.А.ЛисмфшоЙ), рассчитанные для макро- и микроэлементов в деятельной зеке почвообразования (термин И.П.Герасимова) отличаются от коэффициентов устойчивости о тих же еле ментов при выветривании свежих пород и образовании кор выветривания (табл.2).

Таблица I

Относительное и абсолютное содержание элементов в породе и корах выветривания авги т-лабрадорового порфирита

Элемент Попою» Слабошветрелая Сильновыветрелая .

лцрцда_зона выверивания. выверивания -

I 2 I 2 I г

К. 6,5 • Ю4 169.0 9,0 - Ю4 54,9 15 . го4 43,5

Т( о,в • ю4 14,8 0,6 • Ю4 3,9 0,8 . Ю4 2,3

Са 5,7 * Ю4 148,2 3,8 - ТО4 23,2 0,7 * ТО4' 2,0

К 3.1 . Ю4 54,6 1,1 . 1С4 6,7 1,5 • ТО4 4,4' - .

По г, 6 . ю4 67 »6 0,8 • ТО4 4,8 0,9 . 104 2,5

иоо 3,0 660 0,4 843 0,24

С^ 110 0,28 ИЗ 0,07 148 0,04

Со 33 0,09 40 0,02 34 0,01

Ы% 50 0,11 50 0,03 58 0,02

Сг 150 0,39 370 0,22 270 ■ 0,08

га 145 0,38 180 0,11 200 0,06

V 270 0,71 300 0,18 280 0,08

& 7 0,02 8 0,005 6 0,002

Примечание: г — относительное содержание (кг/кг) X — абсолютное содержание (мг/см®)

Таблица 2

Кооффициенты устойчивости (Ку) и суммарный вынос элементов в деятельной зоне почвообразования и при выветривании авгит-лабрадорового порфирита

Кт

Элементы

кора выветривания породи (Лисицына,1973)

деятельная зона почвообразования (наш данные)

. ■ .ду/мрырй SHH9C. , кора вавет- деятельная ривания по- зона поч-рода (Лиси- вообраэо-цына.1973) вання

(ваш данные)

fk 0.74 0.26 25 74

Т( 0,72 0,16 45 87

Са о,-оз 0,02 93 9Э

К 0,05 0,08 92 92

No 0,03 0,04 92 96

Pin 0,50 0,08 50 93

Си 0,40 0,14 60 82

2« 0,45 0,16 70 84

Ni 0,55 0,15 50 88

Со 0,20 0,П 80 85

Сг 0,25 0,21 75 79

V 0,50 0,1Г 50 83

Ь ве опр. одо ве опр. 90

Подвижность элементов в деятельной зоне почвообразования возрастает и, если пользоваться классификацией Е,А.Лисицыной ,(1973), все изученные вами элементы можно отнести к ряду легкоподвижных, 0,01 * Ку* 0,3 (табл.3). Это хорошо количественно подтверждает справедливость предложения И.П.Герасимова о выделении в тропических а субтропических почвах деятельной зовы почво-

з-т

образования я отделении ее от собственно коры выветривакия. Так,, из деятельной зоны почвообразования почти в 2 раза вынесено больше кобальта, чем из корт выветривания, в 3 раза железа, меди, цинка, а 4,5 раза - никеля, ванадия, в 6 раз - титана и марганца. Соответственно увеличился и общие вынос элементов яа деятельной■ зоны почвообразования (табл.2 и 3).

Таблица 3

Подвижность химических алементов при выветривании пород и почвообразования

подвижности Кора выветривания (Лисицына, 1973) Деятельная зона почвообразования

Более легкоподвижные 0,01 ' Ку * 0,15 К.Ыа.Са КЛа.^Пп.-О*.

Менее легкоподвижные 0,15 * Ку 0,3 Со,Сг

Подвижные 0,3 * Ку 4 0,5 Си,2а,МпУ —

Малоподвижные 0,5 Ку - 0,7 М;, АС —

Устойчивые 0,7 ^ Ку * 1.0 Ti.fc.b- 2г

Подвижность макро- и микроэлементов при выветривании породы может меняться в зависимости от трех главных факторов: а) форма нахождения элемента в исходной породе; б) химические свойства алементов; в) фиакко-химические условия выветривания.

Щелочные и щелочноземельные элементы (к, N8, Са) в деятель-** ной зоне почвообразования практически не меняют своп подвижность, она остается довольно высокой; как и в случае собственно коры выветривания, коэффициенты устойчивости низкие, порядка 0,02-0,03

(табл.2). Наиболее активно выносятся натрий н кальций, несколько замедлен вынос катая, который может входить в решетку вновь образованных глинистых минералов н задергиваться в ас составе до момента дальнейшего вх разложения. ■

В деятельной зоне почвообразования происходит сравнительно быстрое освобождение катионов Па, Со, из решетки пер-

вичдах минералов и дальнейшая их-судьба определяется способность» этих элементов образовывать в конкретнах условиях новые соединения различной растворимости. Возможность их накошгенхя в верхней части профиля зависит от соотношения между процессами выноса ж поступления извне. В аккумуляция элементов большая роль принадлежит биологическим факторам и почвенному гумусу.В окислительной обстановке кобальт, никель, медь» цинк, марганец являются подвижными мигрантами, склонными образовывать соединения с органическими веществами, которые в условиях гуманного шветривания в кислой среде подвижны. Доыинирупцая форма миграции их в растворенном состоянии косвенно подтверждает кх принадлежность к груше подвижных в легкоподважшх элементов.

Хром в ванадий в условиях субтропиков в высокого ОШ, находясь в высших степенях окисления, почтя не гидролиаушся ж могут мигрировать в растворенном состоянии.

Увеличение подвижности железа в деятельной зоне почвообразования отмечали Б.Б.Поливов (1956), Н.¿Лисицына (1973},А..И.Рсмая-кеввч (1979). Йгаос железа жа деятельной зоны почвообразования достигает 75^ от нсходвсто содержания. Пошюешшй вынос элемента объясняется ве только способностью восстановления & в горизонтах локального переувлажнения, но к образованием органожелезисгых комплексов, деятельность» мжкроорганизмов.Циградхя железа в вида органоминеральных соединений (80-90? от всего мкгрнруяцего железа) подтверждена.А.И.Ромашкеввч (1579) с помощь» лизиметрических ко-

лочах, заложенных в профиль красноземов.

Титан принадлежит к числу наиболее устойчивых прививетрива-нии элементов, тем не менее шнос его из деятельной зоны почво- ' образования достигает 65% (табл.г). Пошшенную подвижность титана в красноземной коре выветривания отмечали Б.Б.Полынов (1956), П.Г.Грабаров (1970), Н.А.Лисицына (1973). Потери титана в кислых почвах связаны с его нахождением в форме низших степеней окисления, присутствием органического вещества (Виноградов» 1957; Яковлева, 1Э58; Горешенй, I960). Подвижность титана подтверждают экспериментальные исследования Ж.Педро (1971).

Бор дает хорошо растворимые соединения и поэтому легко выносится водами при.разрушении пород и красноземообраэовании.

Еяияние ятлвтуш чая g минеральных удобрений ва Физико-химические свойства красноземов. Физико-химические свойства почвенной толщи - одно из главных условий, определяицих биогеохнмив элементов в антропогенных ландшафтах, монокультура чая, применяемые агротехнические прженн и удобрения оказывают сильное влияние на бяогеохиыию не только алеиентов-биофилов, но н всех компонентов, участвуших в формировании толщя красноземов.

Длительное в систематическое применение удобрений ва чайных плантациях (50-90 лет) еще более увеличивает кислотность краоно-земшх почв. На вариантах участка 68 о внесением азота в дозах 100, 300, 500 кг/га на фоне КС величины рН водных и солевых вытяжек составили 4,0 и 3,4, а ва контроле соответственно 5,1 и 4,1. Применение минеральных удобрений на чайных плантациях участков 14 и 21, заложенных на коре выветривания еффузивов, привело х аналогичным результатам: рН водной вытяжки - 3,6, солевой - 3,1 (на контроле - 4,6 и 3,9). 0 значительном подкислении почв до рН 3,7-3,9 и виже в водной суспензии, а также об увеличенжж обменной кислотности вдвое писали многие авторы (Голетнани, 1959;

' • - 13-Ониани, 1961; Бзиава, 1974; Барабадэе, 1934 и др,).

По валом данным, подкисление достоверно (с уровнем значимости Р » 0,95) затрагивает довольно мощвуп толщу почв до 2-2,5 м, а не 40-50 см, как ранее считали агрохимики. Чем больше доза азотных удобрение, тем глубже затронута подкислением почвенная толща.

Вод влиянием монокультуры чая н длительного применения удоб-рмпй увеличивается количество органического вещества.в среднем и» 2-9£. Так как максимальное скопление корней чайного растения приходится на слой 0-60 см, то запасы органического вещества вря разных дозах удобрений в среднем равны 250 т/га (в слое.0-50 см), что значительно выше запасов гумуса на целине. Меняется также характер распределения гумуса по профиле почв. Содержание гумуса вниз по профиле уменьшается не так резко, как на целинных красноземах.

Влияние длительного н уи^^матж^еркугб применения удобрений на состояние химических алумерт??. Изменение физико-химических свойств красноземов (величины рН, содержания гумуса) не могло не сказаться на изменении состояния химических элементов. Учитывая, что в органах чайного растения из всех алемевтов семейства железа больше содержится железа, марганца, меди, цинка и эти элементы играют существенную рель в ферментации чая, основной акцент мы делаем на изучение бяогеохимин железа, марганца, меди, цинка в почвах чайных плантаций.

Как > следовало ожидать, увеличение кислотности почв привело к увеличат» содержания водорастворимых форм соединений железа, марганца, меди, цинка (рис.1). Содержание водорастворимых форм соединений этих элементов увеличилось в 3-5 раз. Увеличение содержания водорастворимых форм соединений элементов в почвах прослеживается наиболее сильно до 60 см. Данные, полученные вами по содержании втях' элементов в почвекно-грунтовых водах, хорошо

КГ^ГД

кг/га

Чо

«о

Рве, Г* Влияние удобрений ва запасы воддостосдадаос форы соединений Се, Мп , С«/г*, в слое . 0-60 см.

контроль Е2Э РК+ ^500

М (1020.

2л

И

М

5

Рис. 2. Влияние удобрений на запасы Мп,Си,£п,

_раствориш£Х в ацетатно-аыыоннЯвоы буфере о 4,8 в сдое 0-60 см.

подтверждают тезис, что Длительное и систематическое применение минеральных удобрений на красноземах под чай приводит к'увеличению водной миграции химических элементов в ландшафтах Западной ( Грузии, Внесение удобрений на чайных плантациях (уч. 14, 21, 68) сказалось иа содержании элементов в воде родников, дренирующих атк участки, а также в водах, вскрытых на глубине 6 метров на участке 68. Увеличилось содержание железа, марганца, меди, цинка я соответственно увеличился коэффициент водной миграции железа в 10 раз, марганца - 15-20 раз, меди - 4 раза, цинка - 6 раз. Эти данные позволяют отнести железо к слабоподвижным, марганец и медь - к легкоподвижным, цинк - к очень подвижным мигрантам по классификации А.И.Перельмава.

При благоприятных условиях миграции растворенных соединений и малой буферной способности красноземов иодкисление приводит к уменьшении содержания подвижных форм соединений железа, марганца, меди, цинка. Содержание марганца, меди, цинка, растворимых в ацетатно-аммонийном буфере с рН 4,8, уменьшалось в 2-3 раза (рио,2). Наиболее существенные изменения наблццаются в корне-обитаемом слое 0-60 си.

Увеличение растворимости железа, марганца, меди, цинка в результате подкисления почв чайных плантаций и обилие осадков приводит тахже и к уменьшение валового содержания элементов. Так, валовые запаса железа в слое 60 см на варианте РК +N500 уменьшились на 66 т/га, марганца - на 2,5 т/га, меди - на 30 кг/га, цинка - на 36 кг/га. С уровнем значимости Р » 0,95 эта разница достоверна для железа, марганца, меди и недостоверна для цинка (табл.4). Как видно, наиболее существенные потери характерны для железа и марганца (рис.З).

Потери железа из верхних горизонтов происходят в основном за счет несклнкатноге железа, а именно, за счет преобладающих в

а) валовое б) несиликатное

в) оадшоталки- г) аморфное зованвое

Марганец

Mnjcr/w-fo5

li 760

h]

э

2

/too

(' '," )контроль

S3 ^500 М<о

MOj wyí-д

а) валовое б) окисли

в) обменный

Рис. 3. Влияние длительного к систематического црименешся удобрение на формы соединений марганца и хеяеза в слое 0-60 см.

красноземах окристаялиэованннг фор»* соединений. Содержание иг в почвах на удобренном варианте почта в 2 раза меньше во сравнению с контролем. Необходимо ответить, что содержание аморфных соединений железа в почвах, занятых по- чайной плантацией, выше, чем под дзсом, Этот факт показывает, что культура чайного куста способствует превращению окристаллизованных соединений железа в их аморфные Форш благодаря органическим соединениям, образухсогмся из спада я обрезочного материала. В почве варианта РК +N503 содержание аморфных форм соединений Ре. увеличилось на 14 т/га. Увеличение массы опада и обрезочного материала привело к увеличены» содержания органических соединения, которые способствуют растворению окрястаялизовашшх форм соединений железа а, вероятно, образованию аморфных органодашеральяах комтлексов. -

Таблица 4

Влияние удобрений на валовое содержание ре. Ни, Си., в почвах чайшх плантаций (0-60 см)

Участок Вариант Пл(мг/кг) Сц.(мг/кг) ¿ь(мг/кг)

»68 (на Контроль 6,3 760 42 98

зебровидной глине ) РК +N500 5,3 320 35 90

0,43 68,7 4,2 12,6

* 21 (на. коре ва-ветрива- ЕИЯ Эффу- зивов) Контроль ГС +N500. ШР05 5,5 4,7 0,35 340 252 39,8 50 43 5,4 63 58 7,4

Марганец в красноземах в основном представлен оксидами различных степеней окристаллизованности; потери марганца ив верхних горизонтов происходят в основном за счет этих форм соединений, содержание котортх в 10-20 раз меньше в почве варианта НС +N500 во сравнению с контролем (рис.Э).

- 18 -

Наиболее существенные потерн марганца наблдааютоя» еям 2-2.5 м, т.к. подкислена® затрагивает именно ату почвевнуж топу. Частичное накопление вынесенного железа на верхних горя зонтов навощается с глубины 2,5 м, марганца - с м. Это подтверж-

дает гипотезу А.И.Ромадкевнч о тон, что в условиях вдахяых субтропиков перемещение железа имеет не транзитный »рактер, а многоступенчатый (Ромашкевич, 1979).

Несовпадение в распределении маргаяда к железа по яочмнхо-му профили объясняется Соловей подвижностью марганца по сравнении с железом.

Влияние таобрего^ особенно^ биологического кмгГовотюта химических элементов в красноземах чайных плавггаетй. Сопряженно изменения» химического состава красноэемов сильно меняется химический состаь чайного листа.. Возросло содержание железа и марганца в старых листьях н флепах чая, уменьшилось содержание меди и цинка. Увеличение содержания марганца я железа в старых листьях и флешах связано с увеличением растворимости лабильных форм соединений марганца и железа в почве.

Шнос железа а марганца с урожаем чая на удобренных вариантах в 3-6 раз превышает вынос на контрольном варианте, (табл.5).

&нос елемептов из почвы может частно компенсироваться содержанием этих элементов в подстилке. Мостив слой подстилки, заступает как депо для запасов марганца, железа, меди, цинка (табл. 5). Запасы микро&лемеятов в подстилке создастся в основном за счет ежегодной шпалерной подрезни я опака листьев, для которых характерно гмсокое содержание'в них микровлементов. разложение поя-стнлхн в результате микробиологической деятельности в весенне-летний период приводит к высвобождению железа, марганца, меди» цинка, поступлению их в почву к снова - в биологический круговорот.

Тайлвда 5

Биологический хруговорот Кп, Со, Нп в почвах чайных пладтаця! (кг/га)

Участок Вариант йшос с урожаем чая Запасы в.подсталке Удержание органами чая

Мп Си. Е* Ил- Си И«, С*

* 6в Контроль 1.2 0.019 3,2 0.050 5,6 ш. 10,4 ш 6,7 ш 6,7 56.68 88,0 2*51 90,0 88,0

к+«500 ш 1,6 0.025 2,1 0.070 3,3 23,%; 19,4 ш 5,8 4,8 94.85 79,0 1Л 92,0 1.93 92,0

* 21 Контроль ш 1,1 0.015 1,3 0.027 1,7 2.78 6,9 М5 4,4 0.05 3,2 37.6 92,0 1М 94,7. 1,48 94,9

ш 2,8 О.ОЗГ 1,8 0.064 2,5 Ш 11,4 ш 3,4 0.10 3,9 54.3 85,8 1.66 94,9 2.40 93,8

Примечание: Над чертой Ноя чертой

- абсодотяое свдерхаше.

- % от потребления.

Часть освобождающихся элементов находятся в подвижном состоянии, временно увеличивая запав шдвииннх фэрмсоединений элементов в почвах (сезонная динамика) (Еарабадэе, Обухов, 1981 ), Другая часть при благоприятно складывающихся условиях миграция способна выщелачиваться из почвенного профиле, аккумулироваться на глубине 5-6 и. в составе железо-марганцевах конкреций или полностью уходить транзитом из ландшафта. Вшлерассмотренше данные но химическому составу вод в профильному распределению элементов »то хорошо подтверждает. При рассмотрении особенностей биологического круговорота элементов в почвах чайных плантаций большое значение имеет учет содержания элементов в корнях (табл.6). Корня чай - ювщнй резерв многих элементов. Наиболее богата микроэлементами у чая и цитрусовых растений тонкие кора*. В результате ежегодного кораепада за счет тонких корней пахотный горизонт почв еще больше обогащается мякроэлементами. Р&здэхение растительного материала (надземные части а корна) в почвах всегда связано о образованием органоюне-ральных комплексных соединений, обладающих высокой подвижностью. Все это способствует выносу элементов из почвенного профиля.

Расчеты, проведенные для железа, марганца, меда, цинка показали, что основная причина уменьшения валового содержания элементов - подкисление почвенного профиля и выщелачивание их из-за обилия осадков. Потребление в вынос марганца, железа,меди,цинка чайным растением в данном случае значительно меньше, чем потери за счет выщелачивания. Вынос элементов водами за 47 лет яа почва удобренного варианта (ГО +N500) увеличился более чем в 2-8 pas (в зависимости от элементов) н составил 75-94£ от общего выноса этих элементов растением чаи и водами. Цривное элементов в почну за счет атмосфернах выпадений и минеральных удобрений по сравнению в запасами в почве незначителен и не оказывает существенного влияния на балвис.

Потребление Ий, Со, Еп чайным кустом

Таблица 6

вариант

Органы чайного растения

Бес сухой растительной массы, т/га

Потребление микроэлементов, кг/га

.Мп

С*

2с

Анасеули, Контроль участок 63

флеш листья стебля ¿емеиа корни ВСЕГО

1.5

6.6 53,4

Ч

34,0 96,1'

РК.+ М

500

флешл листья стебли семена корни ВСЕГО

, 2,6 9 2

0,3 96,0 182,9

0,74 13,10 33,10 0,П 17,00 61,88

1,86 22,98 36,34 0,05 48,96 120,20

0,02 0,07 0,29 0,03 0,25 0,63

0,03 0,04 0,37 0,01 0,71 1,15

0,05 0,09 0,31 0,01 0,Э9 0,85

0,07

0.03 0,82 0,01

1,П 2,10

Чаквн, участок 21

Контроль

флеши листья стебли семена корни ВСЕГО

1,0 8,6 75,7 1,1 60,5 146,8

ИС +И

500

флеши листья стебли СбМОИй корни ВСЕГО

2,8 П,1

98,4 0,5 121,1 233,9

0,43 7,27 22,85 0,17 9,50 40,22

1,78 12,70 29,70 0,01 19,01 63,28

0,01 0,09 0,57 0,01 О 45 1,13

0,03 0,10 О» 74 0,01 0,90 1,77

0,03 0,14 0,57 0,01 0,82 1.56

0,06 0,12 0,74 0,01 1,63 2,56

-22-

Варушение соотношения в поступления алементов в растения я отрицательная корреляция между содержанием железа и марганц&в почве и в растении вероятно должны сказаться а ва качестве готовой продукции чая, т.к. интенсивность процессов окисления и превращения зеленого чайного листа в готовый продукт зависит от наличия в листе необходимого количества и соотношения марганца и железа. Сравнивая содержание микроэлементов в чайном сырье, полученном при удобрении в условиях Западной Л?уэии, с лучшими сортами чая (цейлонский, индийский), следует отметить повышенное соде! жанке в первых железа в марганца. Как показала дегустация чая, собранного на уч.68, худшие его качества соответствовали вариантам, где длительное время применяли минеральные удобрения (Бара-бадзе, 1984). Минеральные удобрения, оказавшие сильное влияние на состояние элементов в почвах и химизм чайного растения, возможно, оказывает негативное влияние на качество чая, получаемого в Хруэки. Этот вопрос заслуживает более детального изучения.

ВЫВОДЫ

I. Шветрнвание в условиях Западной Грузии идет с большой скоростью и сопровождается интенсивной миграцией многих элементов. Постоянное промачиванже атмосферными осадками, свободная аэрация, интенсивное проявление биологических процессов в деятельной зоне почвообразования, присутствие органических кисло» и метаболитов приводят к увеличению подвижности и уменьшению абсолютного содержания не только дегкоподвижных элементов, но а малоподвижных и инертных, В деятельной зове почвообразования по сравнению с породой содержание элементов семейства железа, а также бора уменьшилось в 4-10 раз, щелочных и щелочноземелымх элементов в 10-70 раз. Подвижность [е,17,Сг, V, , Ми, , Со

в деятельной зове почвообразования возрастает и по классификации Н. А Лисицыной (1973) они относятся к груше легкоподвижных элементов ( 0,01 л Ку *■ 0,3 ).

2. Под влиянием монокультуры чая и применения удобрений в слое 0-20 см красноземов увеличивается количество органического вещества в среднем на 2-3&. Й*есте с ■ тем длительное н систематическое применение удобрений на красноземах при монокультуре чая приводит к подкислению почвенной толщи в 2-2,5 м и выносу ряда элементов.

3. В результате подкислеюга почв чайных плантаций увеличивается растворимость соединений железа, марганца, меди, цинка, что при обилии осадков приводит к достоверному уменьшению валового содержания перечисленных элементов. Валовые запаси железа в слое 0-60 см уменьшились на 66 т/га, марганца - на 2,5 т/га, неДи -на 30 кг/га.

4. Потери железа из верхних горизонтов происходят за счет ©кристаллизованных форм несиликатных соединений железа, содержание которых на удобренном варианте в два раза меньше по сравнению с контролем.

Марганец в красноземах представлен в основном оксидами разных степеней окристаллизоваштости; потери марганца из верхних горизонтов происходят за счет зтих форм соединений, содержание которых в 10-20 раз меньше в почве варианта РК +N500 со сравнению с контролем.

5. Наиболее существенные потерн марганца и железа наблхиают-ся до глубины 2-2,5 м, что соответствует толще почш, затронутой подкислениеы в результате применения физиологически кислых удобрений. Частичное накопление вымытого из верхних горизонтов железа наблюдается с глубины 2 м, марганца - с 3,5-4 м. Несовпадение в распределения марганца и железа по почвенному профилю объясняется

больше! подвида ость» марганца по сравнению с железом. Значительная часть элементов транзитом уходит из лшдаафта с вочвенно-грун-говыш и речными водами, Коэффициент водной миграции элементов при применении минеральных удобрений возрастает в 5-10 раз.

6. Сопряжеано с измеяением химического состава красноземов сильно изменился химический состав чайного листа, возросло содержание железа, марганца в старых листьях и флешах чая, уменьшилось содержание меда и цинка. Увеличение биомассы чайного куста и изменение химического состава листьев чая в результате применения удобрений приводит к изменению биологического круговорота я отчуждения элементов. Диспропорция в поступлении отдельных элементов в листья чая влияет на качество готовой продукции.

7. Расчеты содержания элементов в системе кора выветривания--сочва-растение показали, что главной причиной уменьшения.запасов элементов в красноземах является увеличение их подвижности вследствие пожкясленш шчвн и выщелачивание за счет обилия ос апноэ. Вовлечение в биологический круговорот и вынос химических элементов растением играют значительно меньшую роль.

8. В целях сохранения естественной почвеяно-геохшической обстановки, ограничения миграции элементов л улучшения питания растений необходимо приостановить дальнейшее подкисление почв чайных плантаций путем применения неаодкислявшх форм азотных удобрений, кикроизвестковаикя, а при необходимасгя вносить шгкроудобре -ння*

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

I. Влияние длительного и систематического применения мине-радьгегг удобрений на состояние химических элементов в красноземах. Вестник ИГУ, сер.17, почвоведение, 1992, * 4, с.36-43, Соавт. А.И.Обухов, Л.А.Барабадзе.

2. Виляние длительного сис теиаткческого применения удобрений на содержание марганиа в почвах чайных плантаций. Труды 71 научное конференция колодах ученых Ф-иа аочвдвездяия МРУ. У., 1983, 0.107-ПЗ (Рукопись дел. в ВИНИТИ 10 сент. 1984 г., * 1624-84 дан.).

3. Влияние культуры чая и применения минеральных удобрений &а состояние железа в красноземах, Бнол. науки, МБ и ССО СССР, М., 1984» II с. (Рукопись дед. в 4540-84 Леи.» 5440-84 Деп.). Соавт. ¿.И.Обухов.

МММ л. ЛУГ/ ф.

♦я», в, л. УЧ-пад. л. 4р

Г краж 400

О^М1Ц <3м<с (1ичгт*> шпмьстн» Московского уаимрсятеи 103009; Мог*»», ул. Герцена. 5/7. Тиюср»**, ордем «Зим Ло*г»> ки-м МГУ. Москм, Леииткле горы