Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Исследование влияния обычной и поверхностной обработок при склоновом земледелии на качественный состав органического вещества дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 06.01.15, Агроэкология

Автореферат диссертации по теме "Исследование влияния обычной и поверхностной обработок при склоновом земледелии на качественный состав органического вещества дерново-подзолистой почвы"

РГБ ОД

1 4 ДПР 1АРЧ

На правах рукописи АРИСТОВА Ольга Игоревна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБЫЧНОЙ И ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТОК ПРИ СКЛОНОВОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ НА КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ Специальность 06.01.15 — Агроэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1998

Работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии К. А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Черников и кандидат биологических наук, доцент С. Э. Старых.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, главный научный сотрудник Л. К. Шевцова, кандидат биологических наук, доцент И. Г. Платонов.

Ведущее учреждение — Факультет почвоведения Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Защита состоится 29 апреля 1998 года в /¿бЛ^ час на заседании диссертационного совета К 120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева по адресу: 127550. Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан АЧ. . марта 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета — кандидат биологических наук

Л. В. Мосина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Почва - важнейший компонент и уникальное образование биосферы. Долговечность наземной части экосистемы во многих случаях зависит от биологических, химических и физических свойств органического вещества почвы. Совершенно очевидно, что органическое вещество почвы, как и любой другой компонент экосистемы, может изменяться под воздействием различных факторов. Среди острейших проблем сельского хозяйства важное место занимает деградация почвенного покрова вследствие водной эрозии. Водная эрозия представляет собой не просто разрушение почвы и пород под действием водных потоков, а являегся сложным физико-географическим процессом, последствия которого проявляются не только в частных нарушениях, но и в перерождении целых природных комплексов. Первостепенное значение в комплексе прогипоэролюниых мер п условиях склонового земледелия придается обработке почвы.

Актуальным является изучение трансформации качественного состава гумуса смытых почв, так как для разработки моделей адаптивно-ландшафтных систем земледелия, при определении мер по восстановлению плодородия эродированных почв в рамках агроэкологического мониторинга склоновых земель недостаточно периодической оценки количественного уровня содержания органического вещества.

11ель и задачи исследований. Целью работы являлось выявление трансформационных изменений органического вещества на структурном уровне, вызваемых длительным применением различных способов противоэрозионной обработки почвы при склоновом земледелии. В соответствии с целью исследований были поставлены следующие основные задачи: оценить влияние обычной и поверхностной обработок, а также крутизны склона (4° и 8°) на фракцнонно-групповой состав гумуса и гидрофильные свойства дерново-подзолистой средне- и слабосмытой почвы: выявить направленность процессов трансформации гумусовых кислот под действием изучаемых факторов современными физико-химическими методами.

Научная новизна. Получены новые данные по фракционно-групповому составу гумуса н гидрофильным свойствам почвы длительного стационарного опыта на склонах различной крутизны, заложенного в 1980 году для выявления количественных характеристик развития водной эрозии в условиях интенсивного земледелия Нечерноземной зоны и дня изучения эффективности противоэрознонных мероприятий (И.П. Макаров и др., 1987; Кочетов И.С.,1989; Пунтус М.М., 1990).

Существует достаточное число исследований, в которых количественно оценивалось изменение содержания гумуса на склоновых землях, однако все потери относились только за счет эрозионных

процессов. В нашей работе предпринята попытка охарактеризовать транслокациопные процессы на склонах различной крутизны, основываясь на качественном изменении состава и структурных преобразованиях органического вещества в слое 0-10 и 10-20 см.

Впервые на основе комплекса современных методов физико-химического анализа (элементный анализ, ИК-спектроскопия, термический анализ) изучено влияние способов обработки почвы и эрозионных процессов на качественный состав и свойства гумусовых кислот, полученных методом предельного извлечения без разделения на фульво- и гуминовые кислоты. Такой метод даст возможность получить более объективную информацию о гумусовом состоянии дерново-подзолистой почвы различной степени смытости. Прямое определение содержания серы в препаратах гумусовых кислот частично снимает долю неопределенности с кислорода, вычисляемого но разности.

Впервые изучено влияние естественных эрозионных процессов на качественный сосгав органического вещества почв склонов.

В результате комплексных исследований получена система диагностических показателей трансформационных изменений гумусовых веществ иод действием обычной и поверхностной обработок.

Практическая значимость. Результаты исследования могут служить исходными данными для изучения характера и направленности процессов трансформации гумусовых соединений под влиянием исследуемых факторов.

Предложенная система диагностических показателей (Черников В.Л..1984), может быть положена в основу агроэкологического мониторинга за качественными изменениями гумуса склоновых земель, а полученные параметры могут быть использованы при разработке моделей адаптивно-ландшафтных систем земледелия, оптимизированных по условиям стока. С этой точки зрения полученные результаты могут служить исходными данными для обоснования прогнозных изменений в будущем.

Результаты исследования качественного состава- и свойств гумусовых кислот но предлагаемым параметрам имеют важное значение не только для диагностики процессов трансформации гумуса, но и для обоснования и выбора наиболее рациональной противоэрозионной системы обработки почвы. Изучение структурных особенностей гумусовых соединений позволит ближе подойти к регулированию состава и свойств органического вещества почв при развитии эрозионных процессов.

Работа является одной из составляющих цикла исследований, результаты которых могут служить теоретической основой (банком данных) для изучения гумусового состояния почв в системе экологического и иочвенно-агрохимического мониторинга, а также для

изучения гумуса как одного из важнейших энергетических компонентов биосферы.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научной конференции молодых ученых 'ГСХЛ в 1995 году н конференциях молодых ученых в ВИУА (1995-1997).

Публикации по результатам работы. По материалам диссертации опубликовано четыре печатные работы.

Структура диссертации. Диссертация содержитстраниц.. машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, шести глав экспериментальной части, выводов и списка литературы (233работ, в том числе зарубежных). В работе содержи гея 19 таблиц и 44 рисунка.

Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии и на кафедре экологии и безопасности жизнедеятельности Московской сельскохозяйственной академии им. К.Л. Тимирязева. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры земледелия и методики оиыгншо дела за предоставленные почвенные образцы и материалы но исгории опыта.

Глава 1. КРАТКИЙ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В литературном обзоре рассмотрена роль почвы п биосфере. Перечислены функции гумусовых кислот как важнейшего компонента биокосного тела наземных экосистем.

Отмечено, что изучение почвенных эрозионных процессов началось и осуществляется в России параллельно со становлением и развитием почвоведения как науки. Масштабы эрозии на современном этапе достигают глобальных размеров. J1. Браун считает эрозию почв «тихим кризисом планеты», а деградация почв и падение их плодородия, по его мнению, самая главная экологическая проблема современности после проблемы ядерной войны (Brown L R, 1984: Brown L. 1987). Обобщены многочисленные данные об изменении морфологических, агрохимических и биологических свойств почвы в результате водной эрозии (Баздырев Г.И., Лютов В.Н.,1988; Каск Р.П.,1958; Макаров И.ГТ. с соавт.,1984; Садриддинов A.A., 1980; Снмонян М.М., Бабаян Л.А.,1997; Шурикова В.И., Федосенков В.А.,1985 и др.) Приведена классификация дерново-подзолистых почв по степени эродированности и охарактеризованы основные диагностические признаки степени смытости, среди которых наиболее часто используются содержание гумуса в Аиах, % и запасы гумуса в Аиач, т/га.

Подчеркивается, что основной задачей полевых экспериментов в условиях эрозионного рельефа является установление соотношений влияния природных и антропогенных процессов на экологические изменения агроландшафтов. Наиболее полно этому отвечают длительные стационарные многофакторные полевые опыты, проводимые на склоновых землях.

Освещены проблемы, связанные с сельскохозяйственным освоением п окультуриванием почв, подверженных водной эрозией. Подробно рассмотрено влияние процессов водной эрозии на содержание гумуса в различных типах почв. Дан анализ имеющихся результатов исследований о влиянии систематического применения почвозащитных технологий на уровень потенциального и эффективного плодородия склоновых земель (Азаров Ei. Ф. и соавт.,1997; Горбачева .А.Е., Усатенко Ю.И., 1984; Кашинская В.К.,1980; Никифоренко Л.И.,1984; Скрябина O.A., 1991; Тихонов A.B., 1979; Шикула Н.К.. Гнатенко А.Ф., 1985).

В заключение отмечается, что существуют достаточно четкие представления о- количественных изменениях органического вещества смытых почв под влиянием способов обработки. В то же время рабогы по установлению трансформационных изменений гумуса на структурном уровне иод влиянием изучаемых факторов носят единичный характер, а. полученные сведения ограничены и нередко противоречивы. Наиболее информативным при проведении подобных исследований является применение комплекса современных методов физико-химического анализа.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Обьектом исследований являлась дерново-подзолистая среднесуглиннстая слабо- и среднесмытая почва длительного полевого стационарного опыта учхоза «Михайловское» ТСХА, заложенного в 1980 г. на склоне южной экспозиции крутизной 8" и 4°. На опыте развернут почвозащитный пятипольный зернотравяной севооборот: овес, ячмень с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1-го н 2-го года пользования, озимая пшеница. Минеральные удобрения 'применяются в дозах, . рассчитанных на положительный баланс ■питательных элементов. Повторность опыта - трехкратная. Общая площадь делянок' первого порядка (11,5x240=2760 м:), учетная (4,2x240=1008 м2); второго порядка - общая (11,5x120=1380 м2), учетная (4,2x120=504 м2).

Нами для исследований были отобраны варианты обычной о шальной вспашки на глубину 20 см и поверхностной обработай (лущение на 10 см).' Отбор смешанных почвенных образцов проводили осенью по посевам озимой пшеницы с глубины 0-10 и 10-20 см в верхней и нижней части каждого склона; также были отобраны образцы с прилегающих залежных участков в верхней и нижней частях склона, которые обозначены как естественные варианты - К1 и К2 (схема I).

В почвенных образцах определяли общий углерод по Тюрину; фракционно-грушювой состав гумуса по методу Пономаревой-Плотниковой; величину и константу набухания по методу Васильеву в модификации Алешина.

Поверхностная обработка Обычная обработка

Схема 1. Отбор почвенных образцов и обозначения вариантов опыта. К1 и К2 - варианты в естественных условиях.

Статистическую обработку данных проводили многофакторным диссперсионным анализом.

В препаратах гумусовых кислот определяли элементный состав (С,Н,[^-анализатор фирмы «Carlo Erbo», модель 1106, Италия); качественный состав функциональных групп и атомных группировок методом ИК-спектроскопии («СПЕКОРД М-80», ГДР); термоустойчивость (дериватографический анализ, дериватограф Q - 1500 D, ВНР).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Глава 3.1. Гидрофильность дерново-подзолистой средне- и слабосмытой почвы при различных способах обработки На склоне крутизной 8° применение обычной и поверхностной обработок способствует уменьшению емкости набухания по сравнению с вариантом в естественных условиях К1 (табл. 1).

В большей мере это проявляется в нижней части склона при обычной обработке.

Таблица 1

Содержание гумуса, набухание и константа скорости набухания дерново-подзолистой почвы при обычной и поверхностной обработках.

Вариант Гумус. % Qm х 10-, мм К

склон крутизной 8°

К 1 1.55 162 0.16

01 1.44 75 0.30

П1 1.55 71 0.18

02 1.55 85 0.16.

П2 1.57 82 0.14

03 1.50 55 0.24

ПЗ 1.76 64 0.20

' 04 1.51 61 0.16

П4 1.74 75 Ö.30

склон кругизной 4°

05 1.51 21 [ 0.19

П5 1.76 62 | Ö.Ö7

06 1.67 57 1 0.18

П6 1.81 36 j 0.17

07 1.67 44 1 °-37

П7 1.56 57 Ö.Ö5

08 1.40 47 1 0.27

П8 1.54 70 1 0.16

К2 1.43 47 1.....• , 0.15...................

Константа набухания при обычной вспашке в слое 0-10 см заменю увеличивается.

Поверхностная обработка существенно не влияет па гндрофилыюсть почвы. Однако п нижней части склона (слои 10-20 см) От увеличивается, по сравненшо с естественным вариантом, гючш в два раза, чго может свидетельствовать об относительном накоплении гидрофильных компонентов в нижней части склона крутизной 8" при поверхностной обработке.

Различия по емкости набухания в большей мере присущи вариантам, расположенным на склоне крутизной 4". При поверхностной обработке почва обладает большей способностью к набуханию. Очевидно, что в данном случае органическое вещество содержит и своем составе достаточное чисто гидрофильных компонент он, находящихся на ранней стадии гумификации. В нижней части склона, в слое 0-10 см, при поверхностной обработке установлено резкое уменьшение константы скорости набухания, это свидетельствует о том. что почвенные агрегаты более структурированы и ориентированы.

Глава 3.2. Фракнионно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой почвы

Длительное применение отвальной вспашки на склоне крутизной 8" вызывает снижение содержания гумуса, на склоне крутизной 4" его содержание несколько превышает уровень естественного варианта (табл. 1). При применении поверхностной обработки наблюдается увеличение содержания гумуса почти во всех вариантах опыта. Определение фракционно-группового состава гумуса показало, что оба вида обработок способствуют уменьшению, по сравнению с естественными вариантами, X ГК в составе органического вещества, как на склоне крутизной 8°, так п крутизной 4" за счет уменьшения содержания 2 фракции ГК, предположительно связанных с Са, и фракции 3 ГК. прочносвязанных с полуторными окислами.

Содержание V фк в составе гумуса как при обычной, так и при поверхностной обработке, увеличивается. На склоне крутизной 8° при обычной обработке это связано с увеличением содержания агрессивной фракции (1а) и фракции ФК, предположительно связанных с кальцием (фракция 2). В то же время в составе гумуса при поверхностной обработке, помимо увеличения фракции агрессивных ФК, отмечается и увеличение содержания фракций 1 и 3 - подвижных и прочносвязанных с полуторными окислами ФК. На склоне крутизной 4° при поверхностной и отвальной вспашке Г ФК в составе органического вещества также увеличивается за счет фракций 1а и 2 ФК, причем в верхней части этого склона наблюдается увеличение содержания фракции 2 ФК в составе гумуса как в слое 0-10, так и в слое 10-20 см. Однако, при поверхностной обработке отмечается увеличение содержания и фракции 3 ФК в верхней

части склона крутизной 4". Таким образом, существенное отличие влияния двух способов обработки на фракционно-групповой состав гумуса заключается в преобладании в составе гумуса при поверхностной обработке фракции 3 ФК, прочносвязанных с полуторными окислами (как на склоне крутизной 8°, так и на склоне крутизной 4 ').

Содержание негидролизуемого остатка в составе гумуса при применении поверхностной обработки существенно выше, чем при обычной вспашке, то есть поверхностная обработка способствует закреплению гумуса, а при отвальной вспашке происходит вовлечение в процесс минерализации инертных форм гумусовых веществ. На склоне крутизной 8" при поверхностной обработке содержание негидролизуемого остатка в составе гумуса в необрабатываемом слое (1020 см) существенно выше, чем в слое 0-10 см, а на склоне крутизной 4" наблюдается обратная закономерность. Под действием отвальной, вспашки отличий в содержании негидролизуемого остатка в составе органического вещества по слоям 0-10 и 10-20 см не прослеживается.

В естественных условиях в верхней части склона крутизной 8° формируется фульватно-гуматный, а в нижней части склона крутизной 4° - гуматно-фульватный тип гумуса. Сельскохозяйственное использование почвы приводит к изменению типа гумуса. При отвальной обработке тип гумуса становится гуматно-фульватным, при поверхностной обработке -фульвазным.

Глава 3.3. Элементный состав гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы

Определение элементного состава гумусовых кислот (табл. 2) показало, что в естественных условиях в верхней части склона крутизной X" в составе гумусовых кислот идет отбор наиболее устойчивых компонента циклической структуры (Н/С=1,28), причем доля кислородсодержащих фрагментов незначительна (0/С=0,57). Вниз по склону для ГК, сформированных в естественных условиях, отмечается увеличение показателя отношений П/С и О/С, что объясняется некоторым снижением доли атомов углерода и водорода в составе гумусовых кислот данною варианта. Роль кислорода в составе гумусовых кислот возрастаек По степени окисленности вниз по склону гумусовые соединения переходят из восстановленных в окисленные.

Отсутствие резких колебаний в содержании С,Н,Ы,0 и Б в составе гумусовых кислот при поверхностной обработке свидетельсг'вует о меньшей мере ее влияния на структуру органического вещества в обрабатываемом слое (0-10 см), чем обычной вспашки.

На склоне крутизной 8", как при обычной, так и при поверхностной обработке, отмечается уменьшение обуглероженности гумусовых кислот, по сравнению с гумусовыми кислотами почвы естественного варианта.

Таблица 2

Элементный состав гумусовых кислот, ат.%.

Вариант С Н N о Б Н:С 0:С со

склон крутизной 8°

К1 34.0 43.4 2.52 19.5 0.49 1.28 0.57 Г 13.5 -0.13

01 31.7 45.1 2.42 19.9 0.89 1.42 0.63 13.1 -0.17

П1 30.6 43.0 2.19 23.4 0.76 1.41 0.77 13 9 +0.12

02 32.3 43.6 2.87 20.7 0.49 1.35 0.64 11.3 -0.07

П2 30.4 42.2 1.95 25.0 0.42 1.39 0.82 15.6 +0.26

03 33.7 41.7 2.20 21.7 0.68 1.24 0.64 15.3 +0.05

ПЗ 31.9 43.8 2.05 21.8 0.41 1.37 0.68 15.6 -0.01

04 34.2 43.8 2.27 19.3 0.48 1.28 0.56 15.1 -0.15

П4 33.5 45.3 1.83 18 6 0.79 1.35 0.55 18.3 -0.24

склон крутизной 4°

05 30.2 44.0 2.22 23.1 0.58 1.46 0.77 13.6 +0.07

П5 31.5 43.1 1.67 23.0 0.75 1.37 0.73 18.8 -"-6.09

06 30.5 44.6 1.96 22.3 0.65 1.46 0.73 15.5 0.00

П6 30.2 42.9 0.89 25.4 0.63 1.42 0.84 36.4 +0.26

07 30.7 44.0 2.55 22.2 0.58 1.43 0.72 12.0 10.01

П7 32.5 42.9 1.75 22.4 0.42 1.32 0.69 18.6 ^0.06

08 31.0 44.3 2.12 22.1 0.41 1.43 0.71 14.7 0.00

П8 32.4 42.8 1.55 24.0 0.33 1.32 ' 0 74 20.9 + 0 16

К2 29.5 41.1 2.45 26.2 0.79 1.39 0.89 12.0 +0.39

В верхней части склона крутизной 8", как п слое 0-!0. так и в слое 10-20 см, оба вида обработок способствуют увеличению отношения Н/С и О/С, 410 указывает на преобладание в составе гумусовых кислот разветвленных алифатических цепочек и повышении роли кислородсодержащих группировок. В нижней части склона при обычной и поверхностной обработках создаются условия для накопления более сложных форм гумусовых веществ, однако обедненных азотом (уменьшение отношения Н/С и увеличение С/Ы).

На склоне крутизной 4'1 при обычной обработке атомные отношения Н/С и О/С существенно превышают значения б естественных вариантах, что может быть связано с увеличением алифатических компонентов и повышением доли участия кислородсодержащих фрагментов в составе гумусовых кислот слоев 0-10 и 10-20 см. Необходимо отметить отсугствие различий по величине отношения Н/С . в слоях 0-10 и 10-20 см при отвальной вспашке на склоне крутизной 4°. При поверхностной обработке, особенно в нижней части склона крутизной 4°, создаются условия для отбора и накопления более устойчивых структур гумусовых соединений с одновременным уменьшением доли кислородсодержащих компонентов в их составе, по сравнению с ГК, сформированными в естественных условиях, и в вариантах опыта, где применялась обычная вспашка.

Применение графико-статистического анализа к данным элементного состава гумусовых кислот показало существенную интенсивность протекаю тих процессов, обусловленных обработкой почвы, о чем свидетельствует значительный разброс экспериментальных точек в системе координат Н/С ~ О/С (рис. 1).

Гумусовые кислоты естественного варианта в верхней части склона крутизной 8° занимают самое нижнее положение на диаграмме, то есть они отличаются высокой степенью дегидратации и декарбоксилирования, а гумусовые кислоты почвы естественного варианта, расположенного в нижней части склона крутизной 4°, занимают крайнее правое положение, т.е. они наиболее гидратированы, карбоксилированы и окислены.

На склоне крутизной 8°, в слое 0-10 см, под влиянием обычной обработки гумусовые кислоты претерпевают изменения в ходе процесса гидратации. Переход с верхней части склона в нижнюю сопровождается существенной потерей конечных СНз- и СН>- групп в их составе. При ноиерхиост ной обработке формирование гумусовых кислот в слое 0-10 см протекает при развитии процессов карбоксилирования, гидратации, и-, возможно, сопровождается опнепленисм конечных СНз- и СНг- групп. В нижней части этого склона процессы трансформации гумусовых кислот выражаются в дегидратации и декарбоксилировапии.

Под действием отвальной вспашки на склоне крутизной 4°, гумусовые кислоты слоя почвы 0-10 и 10-20 см наиболее гидратированы

Рис. 1. Диаграмма атомных отношений 11/С - О/С

дерново-подзолистой средне- и слабосмытой поч»ы. Обычная и поверхностная обработка. А - слой 0-10 см; Б - слой 10-20 см.

и занимают самое верхнее положение на диаграмме. Вниз по склону ГК формирую 1ся под воздействием процессов декарбокснлирования и дегидратации.

В нижней части склона крутизной 4°, в слоях 0-10 и 10-20 см, процессы трансформации ПС в естественных условиях и при различных способах обработки существенно отличаются. При обычной вспашке гумусовые кислоты претерпевают процессы декарбокнелирования и в меньшей степени дегидратации, а при поверхностной обработке - прямо проптоноложенные по направленности процессы гидратации и карбоксилирования.

Глава 3.4. Инфракрасные спектры поглощения гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы

Исследование ГК методом ИК-спектроскопии показало, что наиболее характерными полосами поглощения для гумусовых кислот, независимо от способа обработки почвы, являются полосы, присущие ароматическим, метильным, метиленовым и кислородсодержащим группировкам.

В естественных условиях, в нижней части склона крутизной 4° формируются гумусовые кислоты с более разветвленной алифатической цепью, чем в верхней части склона крутизной 8° (появление в ИК-спектре полосы поглощения при 2968 см-1)- Следует также отметить, что роль кислородсодержащих группировок в составе ГК вниз по склону возрастает, на что указывает усиление интенсивности полосы поглощения при 1120 см1. Эти данные хорошо согласуются с результатами элементного анализа гумусовых кислот.

При обычной вспашке в верхней части склона крутизной 8° в гумусовых кислотах слоев 0-10 и 10-20 см (рис. 2) отмечается уменьшение количества ароматических структур (отсутствие полос поглощения при 1070, 780 см1) с одновременным увеличением доли кислород- и азотсодержащих группировок в их составе (появление полосы 3392 см-' и увеличение интенсивности полосы поглощения 1120см1).

В нижней части склона крутизной 8° (слой 0-10 см) при обычной вспашке увеличивается разветвленность алифатических цепей - наличие полосы поглощения асимметричных и симметричных валентных колебаний С-Н в свободных СНз-группах при 2960 см-1. Однако присутствие полосы поглощения с максимумом при 1264 см-1 в ИК-спектре гумусовых кислот данного варианта может служить косвенным доказательством наличия ароматических структур и увеличения компонентов центральной части в составе гумусовых кислот этого варианта, так как сдвиг полосы в высокочастотную область типичен для ароматических эфиров. Отмечается также усиление интенсивности полосы поглощения, обусловленной валентными колебаниями двойной связи ароматического углерода.

Рис. 2. ИК-спектры гумусовых кислот. Обычная обработка. Крутизна склона 8°. Слой 0-10 и 10-20 см.

В верхней част склона крутизной 8° (слон 0-10 и 10-20 см) под действием поверхностной обработки в составе гумусовых кислот отмечается уменьшение доли ароматических компонентов, по сравнению с ГК естественного фона, на что указывает уменьшение интенсивности полосы поглощения при 1610 см1. Это согласуется с данными элементного анализа (отношение Н/С увеличивается с 1,28 до 1,41). Однако, в нижней части склона крутизной 8" при поверхностной обработке отмечается увеличение ароматических компонентов в составе гумусовых кислот слоев 0-10 и 10-20 см.

На склоне кру тизной 4°, как в верхней, так и в нижней части в слое 0-10 см обычная обработка способствует формированию гумусовых кислот с разветвленной алифатической структурой, тогда как в слое 10-20 см отмечается некоторое преобладание ароматических компонентов в составе гумусовых кислот с одновременным уменьшением кислородсодержащих и увеличением азотсодержащих группировок. При применении поверхностной обработки на склоне крутизной 4°, особенно в слое 10-20 см, в составе гумусовых кислот преобладают ароматические компоненты (рис.3). При этом доля кислородсодержащих компонентов незначительна. В целом, интенсивность ИК-спектров гумусовых кислот почвы, расположенных на склоне крутизной 4°, в слое 10-20 см, существенно спижастся.

На склоне крутизной 8° как при обычной, так и при поверхностной обработках в спектрах гумусовых кислот отмечается увеличение интенсивности полос поглощения. характерных для кислородсодержащих группировок. Для гумусовых кислот вариантов опыта, расположенных на склоне крутизной 4°, отмечается уменьшение интенсивности поглощения данных группировок.

Глава 3.5. Термографическая характеристика гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы Термодеструкция ГК, сформированных как в естественных условиях, так и в условиях различных почвенных обработок в опыте, происходит в области температур 140-400 °С (разрушение периферической части) и свыше 400 "С (разрушение центральной части). Удаление адсорбционной воды отмечается в области температур до 140"С (табл.3). В таблице: числитель - максимальная температура экзоэффектов, знаменатель -потеря массы, % от общей.

В естественных условиях происходит отбор наиболее термостабильных фрагментов как периферической, так и центральной части гумусовых кислот, причем величина Z для гумусовых кислот нижней части склона крутизной 4" оказалась минимальной среди опытных вариантов, что свидетельствует о преобладании циклических компонентов их центральной части при большей разнокачественности ее состава.

Таблица 3

Вариант Удаление адсорбированной воды дтг 2

Низкотемпературная область ' )40°-400" 1% потерь массы Высокотечпературная область 400'- 850" потерь массы

склон крутизной К'1

К1 105 5.75 140 260 310 340 т т 42.1 480 550 585 670 715 740-750 [ 52.1 34.0 3.14 1.31 3.14 1.3 Г 9.15 | 0.81

01 105 9.67 190 265 4.03 34.6 38.6 425 750 825 9.67 37.1 1.61 48.4 0.80

П1 80 21.9 265 350 28.1 3.13 31.2 440 610 760 11.7 023 29?7 41.6 0.75

03 90 13.3 160 270 196 31.9 34.9 425 620 765 830 11.1 5.93 31.1 1.48 49.6 0.70

ПЗ 80 17.8 170 270 4.97 33.5 38.5 440 660 770 8.38 5.50 26.2 40.1 0.96

склон крутизной 4°

05 90 16.9 275 45.1 45.1 630 760 810 5.88 29.4 0.65 35.9 1.26

П5 100 21.1 280 26.8 26.8 400 615 660 780 835 940 У2Л 195 5Л9 25^5 4.74 263 54.7 0.49

07 130 8.43 225 265 6.74 34.7 41.4 415 500 600 650 760 820 7.42 4.54 3.89 Гб9 27.0 1.69 46.2 0.90

П7 85 25.2 260 329 32.9 34.5 410 730 825 9.08 29.9 1.01 40.0 51.8 0.82 0.67

К2 100 15.4 210 275 350 1.70 26.1 6.70 415 495 650 775 800 840 3.66 11.6 5.61 214 4.39 4.15

Под влиянием длительного применения обычной вспашки на склоне крутизной 8" периферические цепочки ГК упрощаются, их разрушение происходит в ходе двух реакций - для ГК слоя 0-10 см, и в ходе одной - для ГК слоя 10-20 см. Качественный состав «ядра», с точки зрения термоустойчивости формирующих его структурных фрагментов, менее разнообразен, по сравнению с ГК естественного варианта, и их доля в составе органического вещества уменьшается. В нижней части склона крутизной 8" формируются гумусовые кислоты, термоустойчивость компонентов периферической и центральной части которых увеличивается,

В верхней части склона крутизной 4" при отвальной вспашке гумусовые кислоты слоя 0-10 см характеризуются отсутствием дифференциации компонентов периферической части по термоустойчивости, хотя, в целом, се доля в составе гумусовых кислот существенна (45,1%). Именно этот факт указывает на де1~радацшо центральной части гумусовых кислот почвы данного варианта, о чем и свидетельствует величина Ъ (1.26). В нижней части склона крутизной (слой 10-20 см) в составе ГК формируется наиболее разветвленная, разнокачественная периферическая часть.

При поверхностной обработке формирование как периферической, так и центральной части гумусовых кислот осуществляется за счет более термостабильных компонентов.

На верхнем участке склона крутизной 8° при поверхностной обработке (как в слое 0-10, так и в слое 10-20 см) в составе гумусовых кислот преобладают структурные фрагменты центральной части за счет уменьшения доли фрагментов периферической. На верхнем участке склона крутизной 4" формируются гумусовые кислоты, центральная часть которых представлена различными по термоустойчивости фрагментами, па долю которых приходится в слое 0-10 см - 54,7 % и в слое 10-20 см - 47,3% от общей потери массы.

При сравнении термических свойств ГК после многолетнего использования облчной и поверхностной обработки выявлено (как на склоне крутизной 3!), так и на склоне крутизной 4°) увеличение разнокачественное™ периферической части гумусовых кислот почвы при поверхностной обработке, что предохраняет их центральную часть от деградации.

ВЫВОДЫ

1. Сельскохозяйственное использование дерново-подзолистой .почвы при обычной ее обработке вызывает значительные потери гумуса. Применение поверхностной обработки способствует замедлению процесса дегумификацни и приводит к увеличению общего содержания органического вещества почвы.

2. Различия во влиянии двух способов обработки на гмдрофмльность почвы н полной мере проявляется на склоне крутизной 4". Применение поверхностной обработки способствует значительному увеличению гидрофильное™ почвы, т.е. органическое вещество, в данном случае, содержит в своем составе большее количество компонентов, находящихся на ранней стадии гумификации, чем на склоне крутизной 8".

3. В естественных условиях в дерново-подзолистой почве в верхней части склона крутизной 8и формируется фульватно-гумагный, а в нижней части склона крутизной 4° - гуматно-фульватный тип гумуса. Сельскохозяйственное использование почвы приводит к изменению типа гумуса. При отвальной обработке тип гумуса становится гуматно-фульватным, при поверхностной обработке - фульватным. Выявлено, что наряду с увеличением суммы ФК в данных почвах, они характеризуются устойчивым увеличением фракции ФК, связанных с полуторными окислами, негидролизуемого остатка и, в целом, содержания органического вещества. При обычной обработке, хотя и отмечается более высокое содержание суммы ГК в составе гумуса, но в то же время он представлен наиболее подвижной фракцией ГК 1. При этом в составе органического вещества резко уменьшается содержание негидролизуемого остатка. Следовательно, поверхностная обработка является защитной мерой при склоновом земледелии, предохраняющей стабильные формы гумуса от деградации.

4. Установлено, что поверхностная обработка в наименьшей мере влияет на структуру гумусовых кислот в обрабатываемом слое. Влияние обычной обработки заключается в увеличении алифатических компонентов в гумусовых кислотах, особенно в слое 0-10 см. На склоне крутизной 4° не наблюдается существенных различий по элементному составу гумусовых кислот при вспашке на глубину. 20 см, то есть ежегодное перемешивание пахотного слоя способствует формированию сходных по элементному составу гумусовых кислот при менее выраженных эрозионных процессах. Влияние поверхностной обработки заключается в увеличении ароматичности структуры гумуса и понижении роли кислородсодержащих компонентов, что характерно для слоя почвы 0-10 см. В случае менее выраженной эрозии (4°) создаются условия для накопления циклических соединений в составе гумусовых кислот, обогащенных азотсодержащими компонентами.

5. Основными процессами, вызывающими трансформацию гумуса при обычной обработке почвы, являются гидратация н потеря конечных СНз- и СН2- групп. Гидратация гумусовых кнслот в слое 10-20 см менее выражена, но отмечается развитие процесса карбоксилирования. Вниз по склону трансформация -гумусовых кислот осуществляется в ходе процессов декарбоксилнрования и дегидратации. Под влиянием поверхностной обработки (на склоне крутизной 8°) формирование

гумусовых кислот протекает при развиши процессов карбоксилнрования, гидратации и, возможно. сопровождается отщеплением конечных С1Ь- и СИ:- 1-рупп. Вниз по склону имеют место процессы дегидратации и, частично, декарбоксилирования. При поверхностно)! обработке процессы трансформации гумусовых кислот в слое 10-20 см заметно отличаются от таковых в слое 0-10 см, где. как при обычной вспашке процессы, идущие на разной глубине, имеют много общих черт.

6. Наиболее характерными полосами поглощения для гумусовых кислот дерново-подзолистом средне- и слабосмытой почвы, независимо от способа обработки, являются полосы, присущие ароматическим группировкам, валентным колебаниям метиленовых группировок, кислород- и азотсодержащим функциональным группировкам. В естественных условиях формируются гумусовые кислоты, характеризующиеся высокой интенсивностью полос поглощения алифатических компонентов и кислородсодержащих труппирово>'. Интенсивность полос поглощения ароматических компонентов в составе гумусовых кислот уменьшается под воздействием обычной вспашки. Поверхностная обработка, в основном, способствует увеличению в ИК-спектре интенсивности полос поглощения, характерных ллг. компонентов периферической части. В спектрах гумусовых кислот, как при обычной, так и при поверхностной обработках, на склоне крутизной 8" отмечается увеличение интенсивности полос поглощения кислородсодержащих группировок, что свидетельствует об их значительно)! роли а построении гумусовых кислог. Для гумусовых кислот, сформированных в пределах склона крутизной 4", их роль существенно уменьшается.

7. В естественных условиях происходит отбор наиболее термосгабильных фрагментов как периферической, так и центральной части а составе гумуса. Под влиянием обычной вспашки периферическая часть гумусовых кислот становится менее сложной, се доля в составе органического вещества уменьшается. Отмечается уменьшение термоустоичивости компонентов периферической части, что ведет к деструкции центральной част;', компоненты которой разрушаются при более низкой температуре. Под влиянием поверхностной обработки формирование как периферической, так и центральной части гумусовых кислот почвы слоя 0-10 см осуществляется за счет более термосгабильных компонентов. Гумусовые кислоты в слое 10-20 см при поверхностной обработке характеризуются хорошо развитой центральной частью .(увеличение числа фрагментов), которая представлена более термоустойчивыми компонентами, по сравнению с гумусовыми кислотами, сформированными в условиях обычной вспашки. Таким образом, усиление разнокачественности состава гумусовых кислот;

сформированных в условиях поверхностной обработки, предохраняет фрагмешы их центральной части и, в целом, гумуса от деградации.

Список опубликованных работ но теме диссертации:

1. Аристова О.И. Экологические параметры оценки гумусового состояния дерново-подзолистой почвы в длительном опыте // Эффективность применения средств химизации и продуктивность с.-х к\Л1.т\тр: Те!. докл. XXX конф. (4-5 апр.1995 г. Москва) / ВИУА. -М.,1995- С. 14-15.

2. Аристова О.И. Влияние поверхностной обработки на фракционно-групповон состав гумуса дерново-подзолистой почвы склонов различием! крутизны // Эффективность применения средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур: Тез. докл. XXXI конф. (26-28 марта 19961'. Москва)/ВИУА.-М..1995.-С.28.

3. Аристова О.П.,Черников В.А., Старых С.Э. Элементный состав гумусовых кислот как один из диагностических показателей экологического мониторинга дерново-подзолистых почв // Актуал. проблемы развития сел. хоз-ва.-М., 1996.-С. 101-111.

4. Аристова О.И. Влияние поверхностной обработки на гидрофильные свойства дерново-подзолистой почвы склонов различной крутизны // Бюл. ВИУА.-1997.-К°110.-С.46.