Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ И НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ В ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ И НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ В ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА"

V/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

Биологический круговорот и некоторые вопросы гумусообразовання в обыкновенных черноземах Северного Казахстана

(Специальность 06.01.03 — почвоведение)

> Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА —1972 ,

— Ро 7 -а^ьосаъ^е^у-^ тксугР-Г^^

Диссертационная работа ^выполнена. на кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных -наук профессор И. С. Кауричев; кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник Е. В. Кулаков.

Официальные .оппоненты: доктор биологических паук старший научный сотрудник Н. И. Базилевич; кандидат; сельскохозяйственных наук доцент 3. Ф. Коптева.

Ведущее предприятие — кафедра почвоведения Московского ^государственного университета им. М. 1В. Ломоносова.

Авторе|ферат разослан « о » 11072 г.

Защита диссертации состоится в « /у! » час1972 г.

на заседании Совета факультета агрохимии и почвоведения' ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА " корпус)..

Просим Вас принять личное участие в работе указа -с. Совета .или прислать письменный отзыв по данному аи.-о-'^ту по адресу: Москва 1125008, Тимирязевская улис

?*>у.с 8, Ученый совет ТСХА, тел. 016-24192..

{¡ртзывы, заверенные 'печатью, просьба направлять I . ...

№мплярах. ' - ' .

*> ченый секретарь Совета академии доцемт Ф. А. Дев .. •.(

< •

- 4.» К '

-« ■ «

"М '

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших задач девятой пятилетки в области сельского хозяйства является дальнейшее увеличение производства зерна. В среднем по стране урожайность зерновых культур должна быть повышена, на 4 ц/га. Выполнение этой задачи, наряду с применением удобрений, требует мобилизации внутренних резервов самой почвы. Основным источником элементов питания растений является гумус почвы, а также растительные остатки, ежегодно накапливающиеся в почве. .Наиболее мобильной частью органического вещества являют- -ся растительные остатки. В зависимости от условий большая или меньшая часть их минерализуется или же гумифицируется с образованием гумуса.

Таким образом, между растительными остатками и гумусом существует определенная: взаимосвязь. Изучение этой «взаимосвязи имеет большое научное и производственное значение. у

Следует отметить, что эти вопросы получили наибольшее освещение для черноземов Европейской части СССР и совершенно недостаточное для черноземов Северного Казахстана. Применительно к району наших исследований (Кокчетавская область) в литературе имеются лишь несколько работ (Кулаков Е. В., Дурасов А. М., Сшдюков. X. X., Рубинштейн М. М., Антонова Г. В.), в которых приводятся данные о размерах накопления органических остатков, о скорости их разложения, составу и свойствам гумуса обыкновенных черноземов. '

В задачу наших исследований входило:

1. Изучение биологического круговорота зольных элементов и азота под различными растительными ассоциациями на целине, иод яровой пшеницей и сеяными травами.

2. Изучение изменении состава и свойств гумуса обыкновенных черноземов под влиянием сельскохозяйственного производства.

3. Изучение скорости разложения органического вещества (растительных остатков) вполевых и лабораторных условиях.

4. Изучение некоторых свойств гумусовых веществ, образующихся в процессе разложения растительных остатков и гу-миновых кислот обыкновенного карбонатного чернозема.

ч

Ат «>.*.

* I:. .»fi.fi*

Литературный обзор

Глава состоит из трех частей. В первой рассмотрены вопроси, связанные с изучением биологического .круговорота зольных веществ и азота в обыкновенных черноземах иод целинной растительностью. Во второй части те же вопроси рассмотрены применительно к культурной растительности. В третьей ¡части дана характеристика состава и свойств органического вещества в черноземных лочвах. Приведены данные это изучению его под влиянием сельскохозяйственного производства, рассмотрены основные этапы изучения почвенного гумуса. Кратко излагаются но этим вопросам взгляды Костычева Л. А. (1889), Трусова Л. Г. (1917), Фалька Р. ,(1928), Тюрина (1937), Фляй-га Ф. (1968), Кононовой М. М. (1963. 1968,11970), Александровой Л. Н.- (1968, 1970).

Объект и методика исследований

Исследования проводились в полевых и лабораторных условиях в 1968—1972 гг. Полевые исследовании проводились на территории колхоза имени Димитрова Келлеровского района* Кокчегавской области Казахской ССР. Землепользование колхоза расположено в зоне распространения обыкновенных черноземов, в полосе между Западно-Сибирской низменностью и Центрально-Казахстанским мелкосопочниксм. Рельеф исследуемой территории холмисто-равнинный. Лабораторные исследования проводились на кафедре почвоведения ТСХА.

Для характеристики почв выкапывались разрезы и из них брались образцы по генетическим горизонтам. Анализы почв производились в 2—3-кратной повторности: азот по Кьельда-лю; гумус по Тюрину; рН лотеициометрически; поглощенные основания по Шмуку; поглощенный натрий по Пурри; механический состав-по Качннскому; карбонаты по Гейслеру-Макси-мкжу; С02 карбонатов — газозолюметрически; подвижный калий на пламенном фотометре; подвижный .фосфор — колориметрически; водная вытяжка и объемные веса. Анализ фракционного состава гумуса (Пономарева В. В., 1968) сопровождался определением оптической плотности гуминовых кислот по фракциям.

Для извлечения новообразованных гумусовых веществ из гумнфнцировашшх растительных остатков в полевом м лабораторном опытах и получения .препаратов гуминовых кислот применяли 0,02 н КОН. Этот же раствор применялся и при извлечении гуминовых кислот из «грубого тумуса» и и>з почвы. В полученных препаратах проведены следующие анализы: оптическая плотность гуматов калия определялась'в видимой ■части спектра .на спектрофотометре СФ-4А, в ч,истых препаратах гуминовых кислот снимались инфракрасные спектры 2 '

поглощения на приборе Ш?-20 (ГДР) при длинах воли 700 см-1 — 4000 см-1, содержание суммы функциональных групп в гуминовых кислотах по методу Драгуно-ва С. С. (,1951), карбоксильных групп — поКухаренко Т..С. (1937), содержа-• ние С и Н ло Преглю в модификации Коршун М. О. и Гель-мац И. Э. (1949), содержание азота по Дюма.

Для изучения биологического круговорота зольных веществ и азота в период созревания были взяты образцы наземной массы целинной и культурной растительности (яровой гашени-цы) и почвенные монолиты размером 25X25X20 см для отмывки корневой системы. Надземная масса целинной л культурной растительности срезалась с этих монолитов на уровне с почвой, а затем (при необходимости, .например, для яровой пшеницы) расчленялась на стерню и стебли. После уборки надземной массы целинной растительности с 'поверхности 'монолита собирался степной войлок. Образцы надземной и- корневой массы брались в 3-кратной повторности. Отмывка корневой массы производилась на ситах диаметром 2,0; 1,0; 0,5; 0,25; 0,1 мм.

Зольный анализ растений производился ло схеме, предложенной Родиным Л. Е., Ремезовым Н. П., Базилевич Н. И. (1969).

«Грубый гумус» * из почвы выделялся методом седиментации с применением тяжелой жидкости с удельным весом 1,79— 1,80 (водный раствор йодистого калия и йодистого кадмия в соотношении НгО: КЛ : СиЛз Л :*1).

Для изучения скорости разложения растительных остатков были проведены полевой и лабораторные опыты. В иолевом опыте образцы растений закладывались в капроновых мешочках на глубину 20 см в чистом виде и в смеси с почвой с того же участка.

В лабораторном опыте растительный материал компостировался в смеси с песком в стеклянных (банках лрл соотношении: растительный материал—песок )1 :10. Опыт проводился один годлрн температуре 18—20° и влажности 60% от полной влагоемкости.

Характеристика почвенного покрова

Основной фон пашни на территории колхоза образуют обыкновенные карбонатные черноземы. Они занимают плоские водораздельные пространства и пологие склоны к понижениям. II оч в о обр а з у ющи м и породами служат лессовидные карбонатные суглинки и глины.

..Черноземы обыкновенные карбонатные в отличие от анало-

* Для краткости гумифицированные растительные остатки здесь и далее будут называться «грубым гумусом».

гичних.почв Европейской части СССР имеют небольшую мощность (Л+В1 п среднем составляет 5>2 см) и характеризуются ярко выраженной язиковатостью. Формирование почв с таким профилем связано со специфическими для Северного Казахстана гндротермнческлми условиями. Для этой •почвенной провинции характерна продолжительная холодная и малоснежная зима. Весна характеризуется засушливостью и быстрым нарастанием температур, лето сравнительно короткое, но жаркое, максимум осадков (00% годовых) выпадает в июне, июле и августе. В этих условиях глубоко промерзающая зимой почва весной длительное время не оттаивает и даже летом «а небольшой глубине остается холодной. Это приводит к тому, что корневая система концентрируется в поверхностном слое почвы, а вместе с тем и почвообразовательный процесс наиболее активно ■протекает в этом же горизонте. Все это в конечном итоге и обусловливает формирование почв с небольшой мощностью гумусового слоя. Языковатость профиля связана с растрескиванием почв с образованием столбчатых глыб зимой и в засушливые периоды летом.

Целинные почвы вскипают с глубины 25—>30 см, а старопахотные, как правило, с поверхности. Появление карбонатов с 'поверхности обусловлено вовлечением их из 'нижней части горизонта А* целины при вспашке.

Исследуемые почвы имеют тяжелый механический состав. Содержание физической глины достигает 60—66%. С глубиной содержание физической глины увеличивается. Наблюдается некоторое обогащение илистой фракцией горизонта В]. Сумма поглощенных оснований составляет 37—38 м/экв на 100 г почвы. В составе поглощенных оснований преобладают Са и

В результате освоения целинных почв под .посевы сельскохозяйственных .культур в них отмечаются некоторые изменения. В пахотной.почве происходит частичное перераспределение гумуса вниз по профилю <поч.вы, в поверхностном слое пахотных почв относительно увеличивается содержание логло-. щеяного магния и натрия, тогда как содержание поглощенного кальция несколько уменьшается. Исследуемые почвы содержат относительно невысокий процент гумуса (5,15— 6,10%), общего азота (0,15—0,39%) и калия •(2.00—2,18%). Содержание валового фосфора колеблется от 0,177 до 0,200%. Характерной особенностью черноземов Северного Казахстана является очень высокое содержание -в них -подвижного (обменного) калия (44,8—'52,2 мг на '100 г почвы) и очень низкое содержание подвижного фосфора (1,7 ,мг на 1100 т.-почвы).

Максимальное скопление карбонатов наблюдается на глубине 60—80 см, реакция среды слабощелочная по всему про--филю почвы (рН 7,5—8,5).

Биологический круговорот зольных элементов и азота на различных почвах

Данные по количественному учету биомассы различных растительных ассоциаций на разных .почвах представлены в .табл. '1.

Корни без разделения на жнзые и мертвые.

Из таблицы 1 видно, что на умеренно сухих обыкновенных черноземах с тилчаково-ковыльной растительностью больше наращивается корневой и меньше надземной массы, тогда как на умеренно-влажных лугово-черноземных почвах с разно-травно-злакозой растительностью относительно больше накапливается живой надземной массы, на 6,4 ц/га и на 172,3 ц/га меньше корневой массы. На обыкновенных черноземах в целом под типчаково-казыльной растительностью накапливается больше всей биомассы, что связано с более мед-лепным ее разложением. Пырей бескорневищный 3-го года пользования наращивает по сравнению с целинной растительностью значительно больше надземной и меньше корневой массы. По общей продуктивности пырей бескорневищный приближался к разнотравно-злаковой ассоциации. Яровая пшеница образует менее развитую корневую систему, чем целинная растительность, но наращивает по сравнению с ней значительно большую -надземную массу.

Таким образом, ежегодный гортрост надземной и корневой массы, а также накопление всей биомассы в целом зависит от биологических особенностей растительности и от экологических условий, создающихся в почве.

Абсолютное количество химических элементов, вовлекаемых в биологический круговорот (таблица 2), зависит от содержания и.х в органическом веществе и от общего количества биомассы. Подсчеты показали, что наибольшее количество зольных элементов и азота вовлекается в биологический кругозор Целинной • типчаково-ковыльной растительности '(574 кт/га), на втором'месте стоитразнотравно-злаковая раститель. ность (439 кг/га), на третьем — яровая" пшеница (433 кг/га) и на последнем месте — сеяные травы (336 кг/га), причем у всех этих растений, за исключением яровой пшеницы, корневая масса является главным поставщиком химических элементов для биологического .круговорота.

С умеренно сухих участков целины из общей суммы зольных элементов -к азота 574 кг/га удаляется с сеном 05,-5 кг/га, а поступает в почву в 7,8 раза больше. На некосимой степи вся создаваемая в течение года >фитомасса поступает в почву. С урожаем сена сеяных трав с I га выносится 90 кг этих элементов, в почву •поступает в 2,5 раза больше (таблица 2).

Надземная и корневая масса целинной и культурной растительности

Растительность Живая надземная масса Корневая масса Биомасса Старые корневые остатки Степной войлок Отношение корневой массы к надземной Прирост надземной части Прирост корней Всего

Типчаково-ковыльная .... Пырей <бескорневищный 3-го года пользования . . . . . Яровая пшеница (зерно, солома, стерня) ....... Разнотравно-злакозая . ... ' 23 Чер 379,2 гоаем Обь» 402,2 мовенный н/опр. н/опр. 73,8 32,2 16,4 4,5 0,4 7,0 23,0 126,4 149,4

5,7 44,2 94,3 201Л 100 245,5 8,0 ¡а 31,4 15,4 44,2 84,6 67,1 100 111,3

18,0 85,7 72,0 36,8 100 122Д 39.6 85.7 60,4 36,8 100 122,5

70,0 29,4 30,0 Луге 207,9 100 >во-черноз 237,31 60,2 гмная поч н/опр. 70' 29,4 30 69,3 100 98.7

12.4 87,6 100 13,2 29,8 70,2 100

Примечание: У здобнык чисел в числителе —и/га, в знаменателе —

°/о от биомассы или опаз.а.

Биологический круговорот зольных элементов-и азота в почве под разными растительными ассоциациями (кг/га)

Показатели

, К ГС а. <з -Е. о а й

о

« ° «

2 * й V 2 5

N

К

Сумма элементов

без азота

азотом

Типчаково-ковыльная растительность

Потребляется на построение при

роста....... .

в т. ч. надземной массой . корнями . ......

Выносится с урожаем сена .

Поступает в почву .... с поукосноЛ массой . . , с корнями...... .

Пырей ■ бескорневищный

Потребляется на тюстроение прироста ..........111,3

в т. ч. надземной массой , . . 44,2

корнями . . ........ 67,1

Выносится с урожаем сена , . . 33.4

Поступает в почву ......73,9

с поукосной массой.....8.8

с корнями.............67,1

149,40 167.10 47,33 3.68 406.86 573.96

23,40 28,06 9.43 1.15 59.28 87,34

126.40 139.04 37,92 2.5.3 347,58 486.62

17,25 21,05 7.07 0.86 44,45 63,50

132,15 146.05 40,28 2,82 362,41 508.46

5,75 7,01 2.36 0.29 14,83 21.84

126.40 139,04 37,92 2.58 т.п чи.ьх

3-го года пользования

140,44 38,45 101,99 30.80 109.64 7,65 101,99

6,44 3,09 3.33 2,48

а% 0.61 3,33

2.88 2,21 0.67 1,77 1,11 0,44 0,67

195,23 73.83 121,40 59.15 136.08 14,78 121,40

335.07112,28 223.39 89.95 -225.72 22,23 ' 223.39

Яровая пшеница

Потребляется на построение прироста ......... .

в т. ч.

зерно...........

солома , . . .......

корни , . . . ..... в » » Отчуждается с урожаем .... в т. ч. с зерном

с соломой ........

Поступает в почву с пожнивными остатками , .....'.

в т. ч.

зерно . ........

солома к стерня .... корни . . ......

Примечание: В графу.сумма Б!, Са. Мй, Л(, Ре, Б. Мп, Ма.

122,5 136,12 65,11 19,30 290.44 432,56

37.0 80,66 13.32 11,10 31,56 112.22

48,7 20.70 44.80 0.48 152.86 182,56

36.8 25,76 6.99 7.22 112.02 137,38

59,0 90.94 34,68 10,74 105.21 196.15

35.0 76,30 12.60 10.50 29.85 106.15

24.0 14,64 22,08 0.21 75.36 90.00

63.5 45,18 30.42 8.57 191 »23 236,41

2.0 4,36 0,72 0.60 1.71 6.07

24,3 15.06 22,71 0Л5 77.50 92.56

36.8 25,76 6,99 7,72 112.02 137,78

элементов вошли количество

В посевах яровой пшеницы выносится с урожаем 196 кг/га, поступает в почву с пожяивными остатками всего в 1,2 раза больше.

Что же касается основных элементов питания растений, то на целине относительно больше выносится калия и фосфора,

на участках сеяных трзв — азота и 'фосфора, а яровой пшеницы—азота, калия и фосфора, причем в абсолютном значении больше, чем на целине я «а участках сеяных трав.

Для поддержания плодородия, почвы .на соответствующем уровне необходимо .возмещать указанные .потери нутем внесения удобрений, в первую очередь фосфорных, т. к. они находятся в минимуме.

Изменение состава и свойств гумуса целинных черноземов

при использовании их под посевы сельскохозяйственных

культур.....'

Распашка целинных земель и -вовлечение их.под посевы сельскохозяйственных культур оказывают существенное влияние на процессы почвообразования......

Наблюдения показывают, что при'длительном сельскохозяйственном использовании целинных земель разложению подвергаются не только растительные остатки, но и гумус почвы. В результате этого происходит некоторое снижение общих запасов гумуса и азота.

Наши исследования показали, что за 30 лет содержание гумуса в слое 0—'20 см снизилось HaiI2„4% и азота на 14,2%. Более интенсивное разложение растительных остатков в пахотных почвах приводит к тому, что в них сужается отношение углерода к азоту, в нашем случае с Ш, 16 до 9,.

Одновременно с 'изменением запасов гумуса происходит некоторое изменение его качественного состава (табл. 3).

Изучение фракционного состава гумуса показало, чгго в старопахотных почвах наблюдается относительное увеличение суммы фракций гуминовых .кислот и уменьшение суммы, фракций фульвоклелот: отношение гуминовых" кислот' к' фульво-кислотам в верхнем слое 0—10 см_ составляет на.целине 1,20, на старопашке — 1,40. . . .

В составе гуминовых кислот резко преобладает вторая фракция, связанная с кальцием," второе Место в %' от общего углерода занимает первая фракция подвижных гуминовых кислот и последнее—третья фракция, связанная с глинистыми минералами и устойчивыми • формами • полутораокисей (табл. з)'.

Изменение качественного состава гумуса почв при вовлечении их в пашню проявляется в незначительном увеличении первой фракции — свободных гуминовых кислот, что, по-видимому, связано с более интенсивным процессом новообразования гуминовых веществ в пахотном слое почвы.

.В составе фульвокислот преобладает третья фракция, это означает, что фулывокислоты в обыкновенных черноземах являются малоподвижными.

фракционный состав гумуса обыкновенных карбонатных черноземов

Объект исследования Глубина взятия" обчаз-ща, см С в исходной ,почве Фракции гумановых кислот Фракции фульвокислот Сг. к С остатка

1 2 3 с\мма фракций 1а 1 2 3 мма фракций Сф, к.

Целина ....... 0-10 10-20 3,62 3,24 0,10 1,31 004 1,45 0,12 0,42 0.12 0,55 1,21 1,20 1,10 0,95

2,02 0.0(3 3(1,32 0,94 1,21 0,04 10,18 1.04 2,97 0,09 11,49 0,24 3,39 0,10 15,20 0,52 33,05 0.95 26,77 1,25

2.09 28,87 ЗОо 34,02 2,75 7,52 3,20 15,78 29,25 36,68

Старопашка..... 0-10 10-20 3,23 3,27 0,10 1,10 004 1,24 0,11 0,21 0,11 0,43 0,89 1,40 1,23 1,19

2,70 0,12 34,11 0,90 1,30 0,01 37,33 1,12 3,37 0,11 7,08 0Д1 3,25 0,11 12,90 0,40 20,50 0,86 35,11 1,23

3,56 29,2« М1 33,95 3,35 7,36 3,49 13,83 28,03 38,02

Примечание. В числителе — в процентах от веса почвы, в знаменателе —в процентах от общего углерода г.очви.

Значительное количество гумусовых веществ (до 37%) составляет «негилролизуемын остаток гумусовых веществ» или «гумины».

Высокое содержание остатка гумусовых веществ -в изучаемых почвах обусловливается тяжелым механическим составом почв, высоким содержанием в них илистой фракции.

Некоторые вопросы гумусообразования в обыкновенных черноземах Северного Казахстана

Органические остатки целинной лугово-степной и культурной растительности играют существенную роль в образовании черноземов.

Для изучения процессов .накопления и разложения растительных остатков на опытных полях бывшего Келлеровского опорного пункта ВШШЗХ были взяты образцы почв металлическим цилиндром емкостью 1000 см3 на глубину 20 см в четырехкратной позторности, на участках — целина, непрерывный пар 5 лет, непрерывный посев яровой лшеницы б лет. Из взятых образцов почвы были отмыты кор'незые и другие растительные остатки по методике, описанной выше.

Результаты учета корней показали, что в целинной почве накапливается большое количество корневых остатков

Таблица 4

Скорость разложения растительных остатков в поверхностном слое лочвы

(г) (0—5 см)

Объект 1969 г., 1970 г.. 1970 г., 1971 г., Разложилось

исследова-- няя осень весна осень весна всего (г) % к исходно, му количеству

Стерня 10.40 9,50- 79 5.21 5,19 50,0

Корни 27,00 23.50 16,10 12,30 15,30 55.4

(320 ц/га). После распашки целины п 5-лет непрерывного парования почвы содержание их снизилось до 46,8 ц/га, или уменьшилось на 85%!. В третьем варианте, в котором после распашки целины, производился непрерывный (5 лет) посев яровой пшеницы, количество их также снизилось, >но в меньшей степени (100 ц/га), или на 68,8%, что объясняется пополнением их запаса за счет корней яровой пшеницы. Данные этого опыта показали, что в течение 5 лет даже в пару, где создаются наиболее благоприятные услозия-для микробиологической деятельности я лучшие условия увлажнения, не про-10

исходит полного -разложения органических остатков целинной растительности.

В связи с этим представляло, большой теоретический и практический интерес выяснить скорость разложения в пару растительных остатков однолетней культурной и многолетней целинной растительности.

Данные учета органических остатков в этой серии опытов представлены в таблицах 4 и 5.

Таблица 5

Скорость разложения растительных остатков в нижней части пахотного слоя на~ глубине 0—20 см (г)

^ с % § Варианты опыта Исходный вес, осень 1 1969 г. Вес растительных остатков по срокам разложения Разложи-, лось

весна, 1970 г. осень, 1970 г. зесна, 1971 г. всего (Г) в % к исход. КОЛ-У

I. Надземная масса целинной

растительности (ткпчако-

но-ковыльная ассоциация) 10 7,84 3,20 4,34 5.66 56,6 .

2. То же в смеси с почвой . . 5 3,53 2,60 1,79 3,21 64,2

3. Корни целинной раститель-

ности . .,.-.... 10 9,16 8,56 7,18 2,82 28.2

4. То же в смеси с почвой . . 5 3,02 2.,50 2,10 2,90 58,0

5. Надземная масса культурной

растительности (солома

яровой пшеницы) . . , . 10 8,17 6.00 4,50 5,50 55.0

6. То же в смеси с почвой . . 5 4,10 2,56 1.56. 3,44 68.8

7. Корни яровой пшеницы '. 10 8.88 7,59 5,00 5,00 50,0

8. То же в смеси с почвой . . 5 1,92 1,13 0.65 4435 87.0

Данные этого опыта показывают, что в пару в течение 1,5-года не происходит полного разложения растительных остатков культурной растительности. В среднем в вариантах в смеси с почвой количество их снизилось на 70, в вариантах разложения в чистом виде на 52% от их первоначального содержания.

Разложение целинной растительности происходило медлен., нее — 61 и 43% соответственно.. Это объясняется наличием в их составе большого количества старых, огрубевших корней, трудно поддающихся разложению. 'В целом можно отметить, что наиболее энергично процесс разложения во -всех случаях происходил в нижней части пахотного слоя, где создавались лучшие условия увлажнения. Интенсивность разложения выше в -начале, опыта, со временем скорость разложения замедляется, .что связано с процессом гумификации растительных остатков.

Для количественной характеристики процессов гумификации из образцов растительного материала, подвергавшегося

разложению в полевом и лабораторном*опытах делались вытяжки 0,02 и КОН при соотношении растительного материала к растворителю I :30 (Л. Н. Александрова, 1970). В ¡полученных фильтрах определяли общий углерод, углерод гуминовых кислот (осаждаемая кислотой фракция) и углерод фульзо-кислот (неосаждаемая кислотой фракция).'В .гуминовых кислотах определяли оптическую плотность при коицштрашги угле, рода 0,136 г з литре раствора. Контролем служили данные анализа вытяжки 0,02 н КОН из исходного растительного материала.

Для определения элементного состава, функциональных rpyirii 'и снятия ИК-спектроп поглощения приготавливали чистые препараты гуминовых кислот. Для этого щелочной раствор (0,02 н KOFI) гуминовой кислоты сначала диализова-ли, а затем чистый осадок гуминовой кислоты выпаривали и высушивали при температуре 60°С .в сушильном шкафу. Полученные таким образом препараты подвергались анализу. Качественный состаз новообразованных гуминовых кислот сравнивали с гумиповыми кислотами, выделенными из «грубого гумуса» и черноземной почвы.

Результаты опыта показали, .что как в полезом, так и в лабораторном опытах количество общего углерода, извлекаемого 0,02 н КОН, по срокам разложения сначала увеличивается, а затем, к концу опыта уменьшается. Увеличение подвижности органических соединений, по-видимому, соответствует периоду разложения легкомобильных веществ, таких, как углеводы, белки, растворимые сахара, тогда как снижение — периоду, когда начинают разлагаться наиболее устойчивые формы органического вещества и происходит процесс накопления гумусовых веществ.

Данные лабораторного и полозого опытов показали, что разложение легкомобильных веществ в лабораторном опыте заканчивается за 160 дней, тогда как в полевом опыте этот процесс (с учетом зимних месяцев) затягивается до 21 месяца и более. «

Динамика 'накопления гуминовых и фульвокислот в. лабораторном и полевом опытах заметно различается между собой. В лабораторном опыте накопление гуминовых кислот происходило быстрее, чем в полевых условиях. >В этих условиях, где периоды активной гумификации чередовались с их затуханием, накапливались преимущественно фульвокислоты, тогда как в лабораторных — процессы гумификации «шли в сторону образования гуминовых кислот. Особенно быстро туминовые кислоты накапливались при гумификации соломы (что было отмечено и а полевом опыте). * •

Таким образом, скорость и 'Направление процессоз гумификации зависит не только от химического состава раститель-12

ного материала (корни, 'Надземная масса), но и от уел опий среды, в которых протекали эти процессы.

Данные, относящиеся к динамике изменения элементного состава гуминовых кислот в ■процессе разложения, представ; лены в таблицах-6 и 7.

Таблица 6 Элементный состав гуминовых кислот в процентах на сухое беззольное вещество

Объект исследований Зольность С 11 N О С: Н С:\' С: О

Русифицированные

растителыше остат-

ки целины (грубый

г>м>с)..... 8.1 50.03 5.4.1 3.55 40,97 9.17 14.09 1,22

То же (старопашка) . 8,0 50,65 5,10 3.32 40,93 9.93 15,25 1,23

Чернозем обыкновен-

ный (целина) . . 2,7 53,29 4.26 3.33 39.07 12.50 15.76 1,32

То же (старовспашка) 2,4 51,78 3.53 3.9.3 37.76 15.51 13.93 1,45

Исследования показали, что гумнновые кислоты, образующиеся при разложении растительных остатков целинной и культурной растительности, в полевых.и. лабораторных условиях ,по своему элементному составу мало отличаются между собой, что указывает на их идентичность. Общим для всех вариантов (табл. 7) является следующее: по мере разложения растительных остатков в гуминовых кислотах снижается содержание водорода и азота, в .вариантах с надземной массой (■вар. 2 и 3) происходитотносительно^. увеличение кислорода, тогда как в вариантах с корневой массой, наоборот, происходит его уменьшение, что свидетельствует-о различном характере их превращений. В гуминовых кислотах надземной массы целинной и культурной растительности .в ходе разложения отношение углерода к кислороду снижается, тогда, как в гуминовых кислотах, полученных из корней, наоборот, повышается. В целом»-к концу опытов элементный состав новообразованных гуминовых кислот постепенно приближается к таковому «грубого гумуса» и самой почвы.

Изучение оптических свойств новообразованных, гуминовых кислот показало, что но мере гумификации их оптическая плотность во всех вариантах увеличивается, причем это увеличение особенно отчетливо заметно а красной части спектра.

Сравнение различных вариантов ло оптической плотности показало, что гумнновые кислоты, образовавшиеся в лабораторных условиях, имеют большую плотность, чем гумнновые кислоты, образовавшиеся в полевых условиях. Прямой связи между оптической плотностью и степенью обуглероженности

Элементный состав гуминовых-кислот, образующихся при разложении растительных остатков в лабораторных условиях

(в % на сухое Сеззолъг.ое встсство)

Вариант я * к _ о ^ х и ч»- Зольность С Н N О С : II С: N С: О

0 8.6 51.09 5.78 4.36 38.47 8.89 11,78 1.33

I Корни целинкой 3 8,6 50.95 5.76 4,23 39.06 8.84 11,93 1,30

30 6.9 52.83 5.57 4.50 37,10 9.43 11,74 1,42

90 5.1 52,10 3.38 3,94 38.53 9.68 13.22 1,35

растительности 180 2.5 52,71 5,60 3,35 33.34 9,41 15.73 1.37 ■

355 1,7 54,63 4.90 3.20 37,27 11,14 17,07 1,46

0 4,1 53,42 5.33 5.53 35.67 9.92 9,66 1,49

II 3 4,4 51,55 5,06 4.79 38,60 10.18 10,76 1,33

Надземная часть 30 6.9 52,13 5.29 4,43 38,15 9.85 11,76 1,36

целинной расти- 90 3,1 52,47 4.88 4.32 38.33 10,75 12.14 1,36

тельности 160 3.4 53,02 4,63 4.36 37,99 11,45 12,15 1.39

365 3,5 51,82 4,37 3,90 39,92 11,85 13.23 1,29

0 б.о" 54.20 С.62 5.42 33.70 8,18 10,00 1,60

III Солома яровой 3 6.5 51,74 6.41 5.03 36.77 8.07 10,18 1,40

30 6.9 51,83 5,55 4.87 37,75 9.33 10.64 1,37

90 3.0 53.03 5,38 4,73 У,.81 9.86 11,22 1,44

пшеницы 180 1,3 53,29 5.30 4.46 36.95 10.05 11,94 1.44

363 3,6 51,46 5.07 4.15 39.32 10,14 12,40 1,01

IV

Корни яровой лшениаи

0 4.0 19.75 5.92 5.17 39,18 8.40 9.62 1.26

3 9.7 50.55 5.65 4,38 39.42 ,8.94 11,54 1,23

30 9,1 51,37 5.22 4,43 38.28 9.84 11,59 1,34

90 5.4 54,42 4.87 3,80 36,91 11.17 14,32 1,47

180 4.5 54.С5 5.06 3,20 37,09 10.80 17,07 1.47

365 2,2 54,36 5,09 3,00 37,55 10,67 18,12 1,44

(на что обращала внимание Александрова Л. Н., 1970) не наблюдается.

Оптическая плотность новообразованных гуминовых кислот в последние сроки наблюдений по своей величиие'лриближает-ся к величине оптической плотности гуминовых кислот обыкновенного чернозема.

Важной характеристикой гуминовых кислот является наличие в их молекуле функциональных групп.

Общее количество карбоксильных и фенолгидроксильных групп в новообразованных гуминовых 'кислотах в значительной степени зависит от состава органических остатков. Фенол-гидроксильные гругаш в гуминовых кислотах преобладают над 14;

карбоксильными по всем вариантам и срокам наблюдений. Наибольшее количество фенолглдроксильных групп содержится в исходном растительном материале целинной растительности.

Характерно, что во всех вариантах содержание карбоксильных групп по мере разложения растительных остатков увеличивается,, что объясняется окислением фенолгплроксильных и других трупп в ходе опыта. Как показали наши 'исследования, наиболее высокой степени окисления -гуминовыг кислоты достигают в «грубом гумусе» и -в почве. "

Изучение ИК.-спектров исследуемых препаратов гуминсзых кислот показало, что -формирование этих кислот начинается уже на самых ранних стадиях разложения .растительных остатков. Общая картина ИК-спектров новообразованных гуми-новых кислот аналогична характеру спектров почвенных гумн-новых кислот, что указывает на общие черты строения их молекул. На спектрах «сех исследованных препаратов выделяется ряд характерных полос поглощения с максимумом около 3500—3300, 3100—3020, -2960 —2900, И790—1700, 1410—'1400, 1400—il300, 1100—>1000 см-1. В то же время достаточно отчетливо заметно изменение в характере спектров •новообразованных гуминовых кислот, .выделенных -из растительных остатков различной степени гумификации. Интенсивность полосы поглощения СН3, СНг групп при частоте колебаний около 1380 см-1 уменьшается в.препарате по мере гумификации растительных остатков. Интенсивность пика в области >1720— 1700 СМ71 (СООН группа) более отчетливая в препаратах гуминовых кислот, выделенных из надземной массы целинной и культурной растительности, чем в препаратах, выделенных из корней. Более интенсивная полоса поглощения в этой области (1720—1700 см-1) в препаратах, .выделенных из почвы, гозорит о преобладании в составе гуминовых кислот почвы карбоксильных групп, то есть о более высокой степени их окисления.

Общие выводы

1. Установлено, что в менее увлажненных обыкновенных черноземах у типчаково-ковыльной растительности ежегодно образуется значительно больше корней, чем в более увлажненных лугово-черноземных почвах у разнотравно-злаковой растительности (126,4—69,3 ц/га), тогда как надземной массы, наоборот, больше образуется на лучше увлажненных почвах.

2. Тип чаково-ковыльная растительность по сравнению с яровой пшеницей наращивает большую -фитомассу и больше вовлекает в биологический круговорот зольных элементов -и азота. ... •

3. Наибольшее количество азота, фосфора и калия огчуж-

дается с урожаем яровой пшеницы, что 'вызывает необходимость возврата этих элементов с удобрениями. В обыкновенных черноземах Северного Казахстана в минимуме содержится фосфор, поэтому здесь в первую очередь необходимо вносить фосфорные удобрения..

4...В результате использования целинных черноземов под посевы сельскохозяйственных культур в течение 30 лет общее содержание гумуса в слое 0—20 см снизилось на 12,4 и азота на 14,2%. Наряду с этим наблюдается некоторое обогащение состава .гумуса азотом и соотношение углерода к азоту снижается от >11,5 на целине до 9,5 на старопашке.

5. Гумус обыкновенных черноземов Кокчетавской области отличается довольно высоким содержанием гуминовых кислот (30—45% от общего углерода). В составе гуминовых кислот преобладает вторая фракция, связанная с кальцием, в составе фульвокислот — третья фракция, связанная с глинистыми минералами и устойчивыми формами полутораокисей.

6. После распашки целины во фракционном составе гумуса каких-либо существенных изменений не выявлено.

7. В результате распашки (30 лет) величина оптической плотности гуминозых кислот несколько снижается' по сравнению с целинной почвой. .

8. Наиболее благоприятные условия для разложения растительных остатков создаются в пару в нижней части пахотного слоя.

9. Элементный состав гуминовых кислот в процессе гумификации растительных остатков изменяется в сторону увеличения содержания в них углерода и кислорода и уменьшения водорода ¡1 азота.

•10. К концу опыта по разложению растительных остатков (365 дней) в образующихся гуминовых кислотах происходит увеличение карбоксильных групп. Окисление («старение») Тумановых кислот сопровождается повышением их оптической плотности.

>11.. Полученные ПК-спектры поглощения гуминовых кислот подтвер5кдают положение о том, что в процессе гумусообразо-вания происходит увеличение СООН-групп и молекула гумино-вой кислотыхстановится более конденсированной.

12. Гуминопые кислоты, образующиеся .в процессе разложения растительных остатков, приобретают химический состав и свойства близкие к гуминовым кислотам «грубого гумуса» и почвы.

По теме диссертации опубликована следующая работа:

Библиографический круговорот зольных элементов и азота в обыкновенных черноземах Северного Казахстана. . Изв. ТСХА, .\а 5, 197 Г (в со автор стве).

РИМ АРСЛАНОВИЧ СУЛТАНОВ

Л 103124 25/Х—72 г. Объем 1 п. л. Заказ 1846. Тираж 150

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева Москва 125008, Тимирязевская ул., 44