Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Формы фосфатов в почвах саванн Мали

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Ефрем Ямуремие, Москва

Российский университет дружбы народов.

На правах рукописи.

Ефрем Я муре мне.

Формы фосфатов в почвах саванн Мали.

Специальность: 06. 01. 03 - агропочвоведение.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук.

Научный руководитель

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Ларешин В.

Москва- 1999.

Оглавление.

Стр.

Введение................................................................................................. 3

Глава 1. Аналитический обзор литературы

1.1. Физико-химические свойства ферраллитных

почв..........................................................................................................................................................................................10

1.2. Лигандные взаимодействия между фосфат- и гидроксил-

анионами в железосодержащих системах................................................................17

13. Кинетика сорбции фосфатов..............................................................................................18

Выводы к главе 1..............................................................................................................................................22

Глава 2. Эколого-географические особенности Мали

2.1. Положение страны на африканском континенте..........................24

2.2. Геоморофология..................................................................................................................................24

2.3. Геологическое строение..........................................................................................................28

2.4. Климат................................................................................................................29

2.5. Растительность.................................................................................32

2.6. Почвенный покров.............................................................. 34

2.7. Основные черты сельскохозяйственного производства.. 40 Выводы к главе 2......................................................................... 44

Глава 3. Строение, состав и свойства почв саванн Мали.................. 45

3.1. Классификация почв............................................. 45

3.2. Морфология почв................................................... 55

3.3. Минералогический состав почв................................. 60

3.4. Гранулометрический состав почв............................... 82

3.5. Валовой химический состав почв............................... 89

3.6. Содержание гумуса и физико-химические свойства почв. 93

3.7 Формы соединений железа в почвах......................... 99

Выводы к главе 3...........................................................112

Глава 4. Содержание и распределение форм соединений фосфора в почвах саванн Мали.

4.1. Фосфор в почвах тропической зоны................................ИЗ

4.2. Фосфор в красных ферраллитных почвах Мали.........118

4.3. Фосфор в желтых ферраллитных почвах Мали...............128

4.4. Фосфор в желтых кварц-аллитныхпочвах........................135

Выводы к главе 4..........................................................142

Общие выводы.........................................................................146

Список литературы..................................................................151

Введение.

В основу наших исследований была положена идея выявления корреляцонных связей между генетическими особенностями почв саванн Мали и формами соединений фосфора.

Сама идея научного поиска слагалась в процессе признания следующих аспектов проблемы фосфора в почвоведении и минеральном питании растений.

Во-первых, за вегетационный период растения потребляют фосфор от 20 до 60 кг Р2О5 с 1 га. Потребление идет главным образом в виде анионов Н2РО4- (или НРО4") из солей ортофосфорной кислоты (Н3РО4), а также из солей полифосфорных кислот (после их гидролиза). Поступивший в растения фосфор включается в состав различных органических соединений. Фосфор входит в нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды, участвующие в построении цитоплазмы и ядра клеток. В растительной клетке фосфор играет исключительно важную роль в энергетическом обмене, особенно велика его роль в углеводном обмене, в процессах фотосинтеза, дыхания и брожения. При недостатке фосфора нарушается синтез белка и уменьшается содержание его в растении; этим определяется тесная связь между азотным и фосфорным питанием растений. При недостатке фосфора в растениях снижается урожай и ухудшается его качество.

Растения наиболее чуствительны к недостатку фосфора в самом раннем возрасте, когда их слаборазвитая корневая система обладает низкой усваивающей способностью. Отрицательные последствия от недостатка фосфора в этот период не могут быть исправлены последующим (даже обильным) фосфорным питанием, хотя наибольшее поглощение его просходит в период интенсивного роста вегетативных органов.

Содержание фосфора в расчёте на Р2О5 в почвах колеблется от 0,03 до 0,2%, а общий запас его в пахотном слое почвы на одном гектаре - от 1500 до 6000 кг (Смирнов П.М., Муравин Э.А., 1984). Но основная масса фосфора находится в форме минеральных и органических соединений, недоступных для растений. В почвообразующих породах он содержится чаще в виде фторапатита Са5р(РСи)з и гидроксилапатита Са50Н(Р04)з , при разрушении которых образуются вторичные минеральные соединения фосфора, представленные различными солями ортофосфорной кислоты (Ван Везер Д.Р, 1962; 1977).

В кислых почвах образуются алюмо - и феррофосфаты - А1РО4 и РеРС>4, а также основные соли железа и алюминия - Ее2(0Н)зР04, АЬ(ОН)з РО4, которые характеризуются очень слабой растворимостью и доступносью для растений (Гантимуров И.И., Орлов и др.Д970).

Во всех почвах в очень незначительном количестве присутсвуют хорошо растворимые в воде однозамещённые фосфаты кальция и магния, а также одно - и двухзамещённые фосфаты калия, натрия и аммония; они быстро используются растениями и микроорганизмами (Кудеяров А.Ю.,1978).

В почвах накапливаются также органические соединения фосфора, входящие в состав растительных остатков и микроорганизмов. На долю органических фосфатов приходится от 10 до 50% общего количества фосфора в зависимости от особенностей почв различных зон (ГринбергА.А., 1971; Гульрандсен Р.А.,1977; Добровольский В.В.,1971;1977; Зырин Н.Г.1964). Растения могут усваивать органические фосфаты только после их минерализации.

Недоступные для растений минеральные и органические соединения фосфора переходят в усвояемые очень медленно. Поэтому, несмотря на большие общие запасы фосфора, его усвояемых соединений в почве содержится обычно мало. Тем более, что значительная часть усвоенного

растениями фосфора вместе с зерном и другой товарной продукцией отчуждается ежегодно из почв хозяйств.

Во - вторых, изучение фосфатного режима занимает значительное место в познании и управлении плодородием ферраллитных (аллитных) почв тропической зоны. Этот аспект проблемы осложняется несколькими обстоятельствами, главными из которых на наш взгляд являются следующие:

¡.Традиционный консерватизм в понимании особенностей тропического почвообразования, заключающийся в факте признания, что оно характеризуется исключительно быстрым темпом, а почвы - высоким содержанием железа и алюминия (Карманова Л.А.,1978; Кауричев И.С., Шишова B.C. 1967; Shils C.W., Parfit R.L., Lee R.1983). В основе этого тезиса лежит принципиально верная формула функциональной взаимосвязи ряда природных фактов. В условиях высоких температур и отсутствия зимней паузы, обильного промывания атмосферными осадками и большой ёмкости биологического круговорота происходит быстрое и глубокое преобразование почвообразующих пород. В тематических разделах нашей диссертации будут приведены материалы, свидетельствующие о том, что этот тезис не может быть универсальным, а значит и не может корректно объяснить «региональные» особенности природы и свойств почв и почвенного покрова саванн Мали.

2. Неупорядоченность методологии, базирующейся на классических генетических представлениях европейской школы почвоведеия, согласно которым ферраллитные (аллитные) почвы и соответствующие им коры выверивания являются результатом ортоэлювиального педогенеза, а латерит (конкреции, кирасы) - почвенно- геохимического накопления железа, плинтит и белая глина - гироморфного почвообразования и выветривания (Соколов И.А.,1997).

3. Разночтение фактического материала и интерпретирующих его текстов в связи с неопределённой таксономической принадлежностью исследуемых почв.

4. Фрагментарность или отсутствие комплексных исследований почв тропической зоны как сложных биогеохимических систем. Наибольшей популярностью пользуются исследования, фиксирующие только фактическую сторону вопроса или гипотетические факторные связи. Принимая во внимание всё вышесказанное, нами была поставлена цель провести полный корреляционный анализ связей между особенностями почв саванны Мали и формами соединений фосфора.

Реализация цели осуществлялась в следующих направлениях.

1. Изучение и обобщение опубликованных и фондовых фактических материалов, относящихся к особенностям условий тропического педо- и литогенеза.

2. Изучение и анализ материалов по вопросам особенностей педо - и литогенеза в саваннах Республики Мали.

3. Изучение и анализ опубликованных и фондовых материалов по вопросам фосфорного режима почв тропической зоны и саванн Мали.

4. Химико - аналитическая характеристика главных типов почв саванн Мали, включающая следующие анализы и методы выполнения (табл.1).

5. Выявление корреляционных связей между главнейшими свойствами почв и подвижностью почвенных фосфатов.

Все химические анализы, за исключением валового состава, выполнены мною лично в лабораториях кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии Российского университета дружбы народов, лабораториях Московского государственного университета и почвенного института имени В.В.Докучаева. Анализы минералогического и валового химического состава ила и почв выполняли в специализированных лабораториях Почвенного института имени В.В.Докучаева при техническом и методическом содействии доктора с.х.наук Н.П.Чижиковой.

В работе использованы также материалы приватных сообщений моего научного руководителя В.Г.Ларешина, работавшего в республике Мали по линии Министерства химической промышленности СССР по проблеме возможности и целесообразности разведки и разработки фосфоритных месторождений Томбукту и производства на их базе фосфорных удобрений с целю использования их в главных земледельческих центрах страны. Одновременно с «го согласия в отдельных разделах диссертации мною были использованы опубликованные и фондовые материалы по морфологической и химико- аналитической характеристике почв саванн Мали и Гвинеи с целью сравнительного анализа и оценки полученных мною результатов.

Таблица. 1.

N п/п Вид анализа Метод анализа Количество проанализированных образцов почв

1 Минералогический состав ила По прописи почвенного института им. В.В. Докучаева 28

2 Валовой химический состав почв Рентегенофлуоресцент-ный анализатор УКА- 30 28

3 Несиликатные формы железа По Джексону 55

4 Аморфное железо общее По Тамму 55

5 Железо органо-минеральных соединений По Баскомбу 55

6 Железо минеральных соединений По Баскомбу 55

7 Нсиликатное По Джексону 55

©кристаллизованное железо

8 Силикатное железо По Джексону 28

9 Гранулометрический состав Метод пипетки, подготовка с пирофосфатом натрия 55

10 Содержание гумуса По И.В. Тюрину 55

И Актуальная кислотность (рН водный) Потенциометрически 55

12 Обменная кислотность (рН солевой) Потенцио метрически 55

13 Обменный кальций Трилонометрия 55

14 Обменный магний Трилонометрия 55

15 Обменный водород По Соколову 55

16 Обменный алюминий По Соколову 55

17 Емкость катионного обмена Стандарт для ферраллитных почв 55

18 Общий фосфор почв По Брей и Куртцу 55

19 Подвижный фосфор почв По Брей и Куртцу 55

20 Формы соединений минеральных фосфатов: Воднорастворимые, рыхлосвязанные Ал- фосфаты Ре- фосфаты Са- фосфаты Окклюдированные оксидами железа Видоизмененная схема Чанга и Джексона. 0,5 Н N1^ ОДН МаОН 0,5Н Н2804 0,ЗН КазСбШОт + №28204 55

На основании обобщений и комплексного анализа имеющейся информации были сформулированы положения, составляющие новизну исследований:

1. Впервые изучен минералогический состав красных и жёлтых ферраллитных (аллитных) и жёлтых кварц-аллитных почв саванны Мали. Установлено, что тонкодисперсная часть этих почв состоит преимущественно из несовершенных каолинитов с небольшой примесью талька, смешаннослойных образований, гиббсита, гетита и тонкодисперсного кварца.

2. В связи с изучением проблемы поведения разных форм фосфора в главных типах почв саванн Мали проведена комплексная оценка их свойств и состава, позволившая корректно установить факторую зависимость подвижности фосфора.

Установление факторной зависимости подвижности фосфора имеет не только общенаучное и познавательное значение, но и является базой для корректировки методологии оценки почв саванн Мали и построения прогностических моделей агрохимического обеспечения.

Материалы диссертации были доложены на кафедре почвоведения, агрохимии и агроэкологии РУДН и на конференции в Санкт-Петербургском государственном университете в рамках Докучаевских молодёжных чтений «Почва. Экология. Общество».

Часть результатов исследований опубликована в 5 статьях, в том числе: в научных трудах Государственного университета по землеустройству (2 статьи); в сборнике тезисов Докладов докучаевских молодёжных чтений 99 «Почва. Экология. Общество» (2 статьи), в Материалах IV Путинской конференции молодых учёных( Пущино, 1999) и Международной конференции «Ломоносов- 99» (Москва, МГУ, 1999).

Выявление корреляционных связей между главнейшими свойствами почв и формами соединений минеральных фосфатов проведено в коллекционных образцах почв, отобранных из 12 разрезов доктором

сельскохозяйственных наук Уаном Амаду Ибрахимом и любезно предоставившим нам для исследований.

Изучение макроморфологии этих образцов и диагностика классификационной принадлежности их проведена на кафедре почвоведения и агрохимии РУДН в 1990 году доцентом Ларешиным В.Г.

Пользуясь случаем, хочу выразить искреннюю благодарность научному руководителю, заведующему кафедрой почвоведения, агрохимии и агроэкологии Ларешину В.Г., директоу Почвенного института имени В.В.Докучаева академику Шишову Л.Л., доктору сельскохозяйстевенных наук Уану Амаду Ибрахиму, декану сельскохояйстевенного факультета РУДН профессору Горчакову В.В., доктору биологических наук, профессору Карпачевскому Л.О., кандидату биологических наук, ст.н.с. МГУ Зубковой Т.А., заведующей лабораторией кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии Мельниковой Н.М., доценту Ерошкиной А.Н. за консультации, методическую и техническую помощь, за постоянное внимание, проявляемое ко мне в период обучения в аспирантуре.

[.Аналитический обзор литературы.

1.1. Физико-химические свойства ферраллитных почв.

Изучению поглотительной способности ферраллитных почв тропиков посвящено значительное количество работ. Среди основных проблем рассматриваются вопросы емкости катионного обмена и участия в катионообменных свойствах минеральной и органической частей почвы. Рядом авторов на основе использования данных катионообменных свойств, разработаны классификации ферраллитных почв тропиков. В литературе значительное место уделяется проблемам снижения кислотности и регулирования состава поглощенных катионов путем известкования. Наибольшее число работ, при изучении поглотительной способности ферраллитных почв, посвящено вопросам фосфатного режима - сорбции и фиксации фосфатов, фракционному составу фосфатов

и проблемам регулирования неблагоприятного фосфатного режима ферраллитных почв.

Свойства почвенного поглощающего комплекса впервые были положены в основу классификации почв К.К.Гедройцем (1955). В своей классификации, помимо черноземного, солонцового и подзолистого типов почвообразования, он выделяет и латеритный тип почвообразования. Ряд авторов в своих классификациях тропических почв учитывают и такие факторы, как: величина емкости катионного обмена, состав катионов и степень насыщенности почв основаниями. Так, Ф.Дюшофур (1970) при выделении трех основных групп почв по степени интенсивности ферраллитизации, указывает на величину емкости катионного обмена как на один из критериев разделения этих почв. Выделяемые автором слабоферраллитные почвы имеют емкость обмена выше 20 мг-экв/100 г почвы, ферраллитные - ниже 20 мг-экв/100 г почвы, а ферраллиты обладают очень низкой емкостью катионного обмена. В свете изучения почвенного поглощающего комплекса тропических почв весьма интересной представляется классификация почв Бразилии, составленная Лемосом(1967). Классификация основана на подразделении тропических почв на две большие группы: 1) почвы с латеритным горизонтом В и 2) почвы с текстурным горизонтом В. Внутри этих двух больших групп автор выделяет классы с учетом величины емкости обмена, степени насыщенности почв основаниями, содержания обменного алюминия в процентах от емкости в горизонте В.

Исследуя почвы Гавайских островов, Т. Тапас1а(1951) использует величину емкости катионного обмена как критерий классификации при группировке почв. При этом автор учитывает химические свойства почв, степень их выветрелости и окислительные условия.

По существующим представлениям, ферраллитные по�